《基于横摆力矩控制器的滑膜干扰观测器设计毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于横摆力矩控制器的滑膜干扰观测器设计毕业论文（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. . .基于横摆力矩控制器的滑膜干扰观测器设计毕业论文目录独创性声明I摘 要IIAbstractIII目录IV第一章 绪论- 1 -1.1 四轮转向（4WS）- 1 -1.1.1 4WS简介- 1 -1.1.2 4WS原理及优点- 1 -1.1.3 4WS汽车发展概况与趋势- 2 -1.2 四轮驱动（4WD）- 5 -1.2.1 4WD简介- 5 -1.2.2 4WD汽车优缺点- 5 -1.2.3 4WD汽车发展概况与趋势- 6 -1.3 轮毂电机技术和直线步进电机控制转向力技术- 10 -1.3.1 轮毂电机技术- 10 -1.3.2 直线步进电机控制转向力技术- 11 -1.4 电子差速
2、系统EDS- 12 -1.4.1 电子差速原理简介- 12 -1.4.2 轮毂电机应用与四轮驱动及电子差速的关系- 12 -1.4.3 四轮驱动结和四轮转向的电子差速计算式推导- 13 -1.4.4 电子差速转向实施的结构原理- 15 -1.5 本文的研究思路与容- 16 -第二章 汽车动力学模型- 18 -2.1 汽车动力学简介- 18 -2.2 建立汽车模型的基本方法- 19 -2.2.1 集中质量- 20 -2.2.2 车辆坐标系- 20 -2.3 本文汽车建模方法及坐标系- 21 -2.3.1 方法- 21 -2.3.2 坐标系- 21 -2.4轮胎模型- 23 -2.4.1 轮胎接地
3、点速度- 23 -2.4.2车轮滑移率和轮胎侧偏角- 29 -2.4.2.1 车轮滑移率计算- 30 -2.4.2.2 轮胎侧偏角计算- 30 -2.4.3 附着系数计算- 33 -2.4.4 附着力计算- 35 -2.4.5 轮胎特性- 37 -2.4.6 轮胎半径定义- 39 -2.5 整车模型- 40 -2.5.1 平动计算- 40 -2.5.2 转动计算- 43 -2.5.3 简化的双轨模型- 44 -2.5.4 简化的线性单轨模型- 47 -第三章 基于横摆角速度的4WS系统研究- 50 -3.1 建立模型- 50 -3.2 控制算法- 50 -3.3 基于Matlab/Simuli
4、nk仿真- 51 -3.4 操纵稳定性分析- 54 -第四章 基于最优控制的4WS系统研究- 56 -4.1 最优控制概述- 56 -4.2 最优控制理论的发展- 56 -4.3 建立模型- 57 -4.4 能控性和能观性分析- 57 -4.5 基于Matlab的仿真- 59 -第五章 滑膜横摆力矩干扰观测器设计- 64 -5.1 滑模变结构控制- 64 -5.1.1 滑模变结构控制简介- 64 -5.1.2 变结构控制发展历史- 64 -5.1.3 滑模变结构控制系统的抖振问题- 65 -5.1.4 滑模观测器的研究- 67 -5.1.5 线性系统滑模控制简介- 67 -5.1.5.1 基本
5、定义- 67 -5.1.5.2 切换方式与控制律- 68 -5.1.5.3 等价控制输入- 68 -5.2 状态观测器- 69 -5.2.1 观测器简介- 69 -5.2.2 观测器的原理与构成- 69 -5.2.3 状态观测器的存在条件- 71 -5.3 汽车参考模型- 72 -5.3.1 输入增益计算- 72 -5.3.2 参考动态的限制- 73 -5.3.3 速度依赖性实现- 74 -5.4 干扰观测器设计- 75 -5.4.1 系统描述- 75 -5.4.2 滑模控制实现- 75 -第六章 基于Matlab仿真分析- 78 -.参考资料. . .第一章 绪论1.1 四轮转向（4WS）1
6、.1.1 4WS简介 四轮转向在20世纪80年代中期开始发展，其目的是提高汽车在高速行驶或在侧向风力作用时的操作稳定性，在整个车速围提高车辆对转向输入的响应速度，改善在低速下的操纵轻便性，以及减小在停车场时的转弯半径，改善机动性。四轮转向汽车的后轮可以与前轮同向偏转，亦可以反向偏转，如图1.1所示。图1.1四轮转向前后转向控制同向控制模式中其转弯半径比两轮转向的转弯半径大。汽车在40km/h 以上行驶时，后轮同向偏转角为2.5。其作用是汽车在转向时车身与行驶方向的偏转角小，减少了汽车调整行驶转向时的旋转和侧滑，提高了操纵稳定性，且能保证汽车在潮湿路面上稳定地转向。反向（逆向）控制模式中其转弯半
7、径比两轮转向的转弯半径小。低速时后轮逆向偏转角最大为5，适用于汽车驶入车库和在狭窄的拐角处转弯。随着车速的升高，后轮转向角变小，在车速达到达40km/h 时转向角变成0。1.1.2 4WS原理及优点四轮转向系统的基本原理是1，利用车辆行驶中的某项信息来控制后轮的转向角输入，以提高车辆的操纵稳定性。低速时，在后轮上附加一个与前轮转角反向的转角，可以减少车辆的转弯半径（如图1.1）。由Ackerman转向模型2，即可得出这样的结论-当前轮转角相同时，四轮转向车辆转弯半径明显小于前轮转向车辆的转弯半径，这就是说四轮转向车辆可以轻松的通过前轮转向车辆需多次反复倒车才能通过的地方。四轮转向系统在车辆转弯
8、时能够基本保持车辆重心侧偏角为零。传统的前轮转向车辆在转弯时，车辆的前进方向与其纵向中心线的方向不一致，其夹角就是车辆重心侧偏角。汽车操纵稳定性的理想目标就是达到车身的零侧偏角。假定在某一车速下车辆重心侧偏角p=0，此时车辆的前进方向与车辆的纵向对称线一致。当低于这一车速时，重心向与前轮转角方向相同的方向偏移。当高于这一车速时，重心向与前轮转角方向相反的方向偏移。当后轮附加某一特定转角时，将产生与前述相反方向重心侧偏角，与前轮产生的重心侧偏角叠加，使车辆侧偏角基本为零，即低速度时，后轮与前轮方向相反；中速时，后轮保持直行；高速时，后轮与前轮方向相同。这样，高速时，可保证更高的稳定性，使汽车即使
9、在恶劣路面条件下也能在直行、转向或闪避时保持稳定的操纵响应，提高汽车的主动安全性。车辆对轨迹的跟踪性得到了极大的改善。综上所述，与传统的二轮转向(2WS)系统相比，四轮转向系统具有很大的优点。从驾驶的观点看，四轮转向具有以下优点：转向能力强。车辆在高速行驶时以及在湿滑路面上的转向特性更加稳定和可控，高速紧急避让时，车体较少甩尾，减小了车体扫过的包线面积，从而减少了碰撞的可能性；转向响应迅速。在整个车速变化围，车辆对转向输入的响应更迅速、更准确；行驶稳定性提高。在高速工况下车辆的直线行驶稳定性提高，路面不平度和侧风对车辆行驶稳定性的不利影响减小，车辆高速行驶换车道的稳定性提高；低速机动性好。低速
10、时后轮朝前轮偏转方向的反向偏转，车辆的转弯半径将大大减小。因而在道路狭窄及停放车辆时，更容易操纵车辆。1.1.3 4WS汽车发展概况与趋势20世纪初至20世纪八十年代3这一阶段主要是4WS系统的萌芽和初步应用。在上世纪初，人们就设想通过采用前后轮同时转向的办法来减小汽车转弯时的半径。1907年，日本政府颁发了第一个关于四轮转向系统的专利，这种结构通过一根轴将前后轮的转向机构连接起来。当车辆低速行驶转向时，后轮与前转向轮反相转向来获得较小的转弯半径，以提高车辆的机动灵活性，故这种结构最初应用于对车辆的机动性要求高的军用车辆和工程车辆。20世纪八十年代后期至20世纪90年代这一阶段主要是4WS系统
11、的快速发展及应用。随着对车辆动力学的研究的深入，尤其是认识到4WS系统对提高车辆高速的操纵稳定性有重要意义，世界各大汽车公司加大了对该项技术的研究与开发，尤以日本的研发引人瞩目。Mazda公司于1987年率先研制出车速感应式4WS系统并装备轿车，之后各大汽车公司和科研院所依据当时的科技水平，就结构形式和控制策略研究出形式各异的4WS系统4。4WS系统类型的划分也主要依据这一阶段的有关产品。20世纪90年代至今该阶段主要是底盘综合控制的研究。由于近年来欧美和日本等国家对自动高速公路系统(Automated highway System，简称AHS)及智能汽车系统(Intdligent Vehic
12、le System，简称IVS)等重大项目的重视，各国科研人员从驾驶员一车辆一环境闭环系统出发，综合研究汽车的纵向、侧向和垂向的动力学控制56，其核心技术即为4WS、主动悬架控制(Active Suspension Control)、TCS(Traction Control System，牵引力控制系统)和ESP(Electric Stabitity Programme，电子稳定系统)等车辆动力学控制系统。毫无疑问，包含以上几项技术的底盘综合系统将产生1+12的结果，可以更有效改善汽车的各项性能。当然，它还在不断发展和完善中。大体上说，国外对4WS的研究。一般均把汽车模型看作线性二自由度“自行
13、车”模型，只研究向心加速度和绕汽车纵轴的旋转，控制形式主要有以下两种7：1)“车速感应型”：当车速小于某一数值时(一般为45-55 kmh)时，前后轮转向相反；而当车速高于该数值时，前后轮转向相同。2)“转角感应型”：当转角小于某一角度(如；“本田”4WS为24度)时，前后轮转向相同；当大于该角度时，转向相反。控制策略主要有三种8：比例控制、动态补偿控制和主动控制，其中比例控制又分为前馈控制(前后轮转向角与车速依存式)和反馈控制(将车辆的运行状态反馈到控制系统，自动调节后轮转向角)；动态补偿式也分为前馈控制(转向角动态补偿)和反馈控制(转向力矩动态补偿)；主动控制则要求横摆速率中、高速时提高稳
14、定性和转向响应性，低速时提高小转弯大转向角转向操纵性。早期的样车有：本田汽车公司的4WS是控制前后轮的转向角，马自达汽车公司的4WS是由车速直接控制前后轮的转向角之比，日产汽车公司的4WS是动态的对质心侧偏角进行补偿，大众汽车公司的4WS是调节横摆角速度。由于对四轮转向的许多问题还研究得不够深入，因此，为了安全起见，这些车型基本采用机械装置或简单的电器装置，而且以上这些研究都只是针对转向角一旦确定就不再改变的情形。同时对于所研究的汽车模型，均假设为线性二自由度简化模型进行，并未考虑动态驾驶中汽车的动力学特性。我国开展汽车四轮转向技术研究相对较晚，80年代末和90年代初开始有文章探讨4WS问题9
15、10，90年代末，交大、大学开始进行4WS控制方法的研究。进入二十一世纪以来，国相继有理工大学、天津大学、工学院、东南大学、工业大学等高校在学术刊物上发表4WS技术的论文，尤其理工大学和交通大学进行比较深入的研究工作，分析国外对4WS的研究情况，发现存在以下一些问题：a大多数研究者所采用的力学模型是基于两轮车系统二自由度线性转向模型，因此与实际四轮车的转向情况有一定的差别。这种差别将影响四轮转向控制策略的准确性，难于达到理想的四轮转向性能。b转向模式一般只采用两种：逆相位转向和同相位转向，显然仅靠这两种很粗的模式难于满足在各种不同的弯道、不同车速、不同车轮状态、不同车辆载荷情况下车辆进行转弯、掉头、换道时对转向的要求。c4WS控制策略智能性不高。目前所采用的控制方法主要有：定前、后轮转向比的4WS控制技术，前、后轮转向比是车速函数的4WS转向技术。还需要在自学习能力，自适应能力和最优控制、模糊控制等智能控制技术上下功夫，寻找较为理想的智能控制方法和技术，尤其是把各种智能技术综合运用于4WS系统
