橫擺力矩和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向結(jié)合的車(chē)輛橫向穩(wěn)定性模糊控制仿真

摘 要：提出一種基于橫擺力矩和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向相結(jié)合的車(chē)輛橫向穩(wěn)定性控制方法，以橫擺角速度和側(cè)偏角為控制目標(biāo)，利用前饋補(bǔ)償和模糊控制產(chǎn)生橫擺力矩和附加的前輪轉(zhuǎn)角，通過(guò)控制制動(dòng)力的分配以及對(duì)轉(zhuǎn)向角的修正，使車(chē)輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的橫擺角速度和側(cè)偏角很好地跟蹤參考模型。對(duì)轉(zhuǎn)向輪階躍輸入和正弦輸入兩種工況分別進(jìn)行了仿真研究，采用橫擺力矩和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向相結(jié)合控制方法，車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)優(yōu)于單獨(dú)的橫擺力矩控制，表明該方法能有效地控制車(chē)輛橫擺角速度和側(cè)偏角，提高車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的橫向穩(wěn)定性，同時(shí)能有效地減輕駕駛員操縱負(fù)擔(dān)。

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關(guān)鍵詞：車(chē)輛工程；橫擺力矩控制；主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向；橫向穩(wěn)定性；模糊控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U461．6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

汽車(chē)的橫向穩(wěn)定性是影響汽車(chē)高速安全行駛的一項(xiàng)重要性能，影響車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的因素眾多，包括車(chē)輛的結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)、車(chē)輛初始運(yùn)行狀態(tài)、路面附著條件和前輪轉(zhuǎn)角等，因此，車(chē)輛橫向穩(wěn)定性控制器的設(shè)計(jì)涉及復(fù)雜的非線性問(wèn)題。目前，車(chē)輛橫向穩(wěn)定性的控制方法有邏輯門(mén)限控制、PID控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制等。由于控制系統(tǒng)的非線性，運(yùn)用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)橫向穩(wěn)定控制器顯得十分復(fù)雜，而采用模糊控制的方法來(lái)研究，很大程度上解決了系統(tǒng)的非線性難題。通過(guò)輪胎縱向力主動(dòng)分配側(cè)偏力矩，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的直接橫擺力矩控制(Direct Yaw MomentControl)被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的汽車(chē)底盤(pán)控制。直接橫擺力矩控制，導(dǎo)致車(chē)輛橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值降低，即橫擺角速度比參考模型的小，車(chē)輛作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的曲率半徑更大，使駕駛員必須多打方向盤(pán)，從而造成轉(zhuǎn)向困難。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(Active Front Steering)通過(guò)產(chǎn)生與前輪轉(zhuǎn)角方向相同的附加轉(zhuǎn)角，使得車(chē)輛曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)曲率半徑變小。因主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向能產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)向角來(lái)抵消直接橫擺力矩控制的不足，故在直接橫擺力矩控制的基礎(chǔ)上，再輔助主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向，可在提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性的同時(shí)，減輕駕駛員在轉(zhuǎn)彎時(shí)操作負(fù)擔(dān)。