車輛轉向過程穩(wěn)定性的非線性分析及控制策略研究.pdf

1、摘要伴隨汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對車輛主動安全性能的要求逐漸提高。車輛的操縱穩(wěn)定性在車輛主動安全性占據(jù)主導地位，車輛轉向穩(wěn)定性的分析與控制是提高車輛操縱穩(wěn)定性主要途徑。當車輛行駛在高速、大轉向的工況下，車輛進入強非線性工作區(qū)域，此時傳統(tǒng)的線性分析方法不能夠準確的表述車輛運動狀態(tài)；基于平面二自由的非線性模型也不能精確表述車輛當前非線性特性。因此通過建立高維多自由度的非線性車輛模型來研究高速、大轉向的工況下車輛的轉向穩(wěn)定性能夠為車輛操縱穩(wěn)定

2、性控制提供更精確的理論依據(jù)。本文考慮車輛在高速轉向過程中系統(tǒng)存在較強的非線性特性問題，通過對比不同非線性輪胎模型的特點及數(shù)學形式，采用二次多項式平方輪胎模型，建立含有車輛側向、橫擺和側傾運動的三自由度非線性轉向動力學模型；借助Hurwitz判據(jù)得出系統(tǒng)在平衡點處的穩(wěn)定性條件，采用數(shù)值方法分析車輛轉向失穩(wěn)過程中前輪轉角與車速的臨界關系；研究不同車輛結構參數(shù)的變化對車輛轉向過程穩(wěn)定性的影響。車輛隨著車速和前輪轉角的增加轉向系統(tǒng)會發(fā)生分岔，運

3、用中心流形理論對搭建的高維非線性車輛轉向動力學系統(tǒng)進行降維處理；根據(jù)非線性分岔理論對降維后的中心流形系統(tǒng)進行分析，并判斷分岔類型；結合相平面分析車輛轉向過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點隨著前輪轉角增加逐漸遠離原點，最終消失，車輛將失去控制失穩(wěn)的整個過程?？紤]內部結構的變化、傳感器噪聲以及外界不確定因素等干擾對車輛轉向過程穩(wěn)定性的影響，構建了μ分析綜合控制框架；分析了影響轉向魯棒性的因素選取，以及加權函數(shù)與性能加權函數(shù)對控制器性能影響，從主動前輪轉

4、向控制的角度出發(fā)，設計并對比了標準H∞和μ綜合控制器的魯棒性能，并針對μ綜合控制器存在的階數(shù)偏高問題，進行了降階處理；在MATLABSimulink環(huán)境下與CarSim車輛模型進行聯(lián)合仿真，結果驗證了主動前輪轉向的μ綜合控制器能夠明顯改善車輛的操縱穩(wěn)定性。為提高車輛轉向過程的穩(wěn)定性，對車輛轉向的動力學分析，考慮四個車輪的滾動，構造八自由度非線性車輛模型，在雙移線工況下經(jīng)過實車試驗對模型驗證；基于主動前輪轉向，設計了模型預測控制器；與經(jīng)典