Optimal Control of Four Wheel Steering Vehicle

SUMMARY

This paper derives a method of controlling four wheel steering using optimal control theory. The purpose of control is to minimize the sideslip angle at the center of gravity. The control method feeds forward the steering wheel angle and feeds back the yaw velocity and the sideslip angle to the front and rear wheel angles. Theoretical studies show that the sideslip angle is reduced to zero even in the transient state, and that the understeer characteristic and frequency response can be changed regardless of the vehicle static margin. This Paper also examines various characteristics of the influence of the side force nonlinearities of tires and crosswinds.     

Optimal Control of Four Wheel Steering Vehicle

This paper derives a method of controlling four wheel steering using optimal control theory. The purpose of control is to minimize the sideslip angle at the center of gravity. The control method feeds forward the steering wheel angle and feeds back the yaw velocity and the sideslip angle to the front and rear wheel angles. Theoretical studies show that the sideslip angle is reduced to zero even in the transient state, and that the understeer characteristic and frequency response can be changed regardless of the vehicle static margin. This Paper also examines various characteristics of the influence of the side force nonlinearities of tires and crosswinds.     

4轮转向车辆主动鲁棒抗侧倾操纵研究

基于4轮转向车辆，提出了一种新的主动抗侧倾方法。这种方法通过主动操纵车辆前后轮转角，就可以实现车辆侧倾控制。设计了鲁棒H∞操纵控制器。仿真表明，通过合理选择加权函数，车辆状态能精确地跟随理想车辆模型，且能有效地抑制侧倾角速度。     

线控转向系统转向盘力回馈控制模型的研究

根据轮胎和传统转向系的力学特性提出了利用车轮转角和车速计算得到转向盘回馈力的思路,并以此建立了线控转向系统转向盘回馈力控制模型,仿真和试验表明该模型能够满足路感要求。     

一种机械式四轮转向系统性能分析

现有汽车的四轮转向装置结构复杂成本高昂,不适合在整车轻便且平价的民众车型上使用。文章提出一种基于飞锤离心装置控制的机械式汽车四轮转向系统,该系统利用飞锤感应车速,在低速行驶时实现前后轮反向偏转以减小汽车转向半径,中速行驶转向时后轮不辅助转向,高速行驶转向时前后轮同向偏转进而提高行驶稳定性,不同车速下后轮辅助转向幅度逐渐变化,无级调节,使具有该系统的汽车在日益复杂的交通状况下更加灵活和稳定。通过对该系统进行仿真验证,得到了预期的运算结果。     

比例控制四轮转向车辆运动特性分析

系统地分析了二自由度四轮转向汽车模型的运动方程，得出了质心侧偏角、横摆角速度与前轮转角的传递函数。在此基础上，对四轮转向样车进行了前后轮转角成比例控制的四轮转向车辆（4WS）的运动学仿真，并针对仿真结果进行了系统的分析。结果阐明了四轮转向车辆与前轮转向车辆（2WS）相比的优势，并提出其发展方向。     

四轮转向汽车自适应模型跟踪控制研究

使用单点预瞄驾驶员模型，针对确定性汽车模型探讨了４ＷＳ汽车在单移线行驶过程中后轮的最优转向控制规律。通过引入状态反馈，改善了整车的转向特性，将实际汽车的前后轮胎侧刚度及外界干扰视为有界的不确定性参数，采用自适应模型跟踪变结构控制方法，使得不确定的实际汽车模型能够很好地跟踪确定的最优理论模型，仿真结果表明该方法的可行性，控制系统能够有效地克服参数摄动及外界干扰对系统稳定性的影响。     

智能汽车自动紧急转向避撞的跟踪控制方法对比研究

为了提高智能汽车的主动安全性,提出3种不同的自动紧急转向避撞跟踪控制方法。首先建立汽车避撞简化模型,对制动、转向及两者相结合的3种不同避撞方式进行对比分析。其次,为深入研究汽车避撞过程中的实际响应,建立包含转向、制动及悬架3个子系统耦合特性的底盘18自由度统一动力学模型,并进行相关试验验证。随后构建智能汽车自动紧急转向避撞控制框架,对五次多项式参考路径和七次多项式参考路径的横摆角速度和横摆角加速度进行对比分析。接着以线性2自由度转向动力学模型为参考对象,对最优控制四轮转向、最优控制前轮转向、前馈与反馈控制相结合的前轮转向3种不同的跟踪控制系统分别进行设计。最后,以汽车底盘18自由度统一动力学模型为研究对象,对上述3种避撞控制系统进行仿真试验对比分析。研究结果表明：与制动避撞相比而言,转向避撞所需的纵向距离有较大降低,随着车速的增加和路面附着系数的越低,效果越明显;七次多项式参考路径比五次多项式参考路径的避撞过渡过程更为平缓,当实际车速与控制器所用车速不一致时,前者避撞性能表现更优;最优四轮转向控制系统在高、低2种不同附着路面都具有较好的避撞效果,最优前轮转向控制系统次之,而前馈与反馈相结合的前轮转向控制系统在低附着路面上则表现出严重的失稳。     

A Comparative Study of Four Wheel Steering Models Using the Inverse Solution

An inverse solution study of various four wheel steering models is carried out for the purpose of comparison of steering/braking input needed to track a lane change maneuver. Optimal control is used to solve the non-linear inverse problem. Comparisons are made when the vehicle is coasting, when the time required to track the trajectory is minimized with appropriate utilization of brake/traction forces, and in a front wheel lock situation. A rear steering model which produces neutral steering characteristics displayed the best steering behavior with respect to ease of steering.     

电动助力转向系统的回正与主动阻尼控制策略研究

针对配备电动助力转向系统的车辆低速时回正性差,而中高速时又容易出现回正超调的现象,提出了一种新型的回正与主动阻尼控制策略。该控制策略以功能原理为理论基础,可以随车速和转向盘转角的不同而调整回正力矩或阻尼力矩的大小。实车试验的结果证明,该控制策略能够改善车辆低速时的回正性,抑制车辆中高速时的回正超调现象,并且在施加了回正与主动阻尼控制后,驾驶员的操纵手感没有受到不良的影响。     

增强电动转向系统助力跟踪性能的H∞控制

建立了电动转向系统数学模型，将H∞控制理论应用于电动转向系统跟踪性能的研究，采用线性矩阵不等式处理方法设计了最优H∞控制器，应用Matlab软件进行了计算机仿真，仿真和台架试验结果表明，所设计的电动转向控制系统具有良好的助力跟踪性能。     

Stabilization of Passenger Car-Caravan Combination Using Four Wheel Steering Control

This study aims to stabilize the trailer at high speed. The behavior of passenger cars with four wheel steering system, vehicles with rear wheel steering and of trailer and passenger car are similar. This is regarded as an optimal regulator problem with linear equation of motion, and a state variables feedback control system is adopted. The problem of stability at high speed on a straight course can be solved. Therefore, the passenger car-trailer system can be stabilized. Furthermore, this study indicates the way forward to stabilize a passenger car-trailer system.     

智能车辆路径跟踪横向控制方法的研究

提出了一种智能车辆的路径跟踪横向控制系统.系统由期望航向偏差生成器和反馈控制系统两部分组成.期望航向偏差根据车辆-道路之间运动学关系来确定;而反馈控制系统则采用基于车辆-道路动力学模型的鲁棒PID控制器.在分析系统特性的基础上设计以某一速度为基准的、ITAE性能指标最优的固定增益鲁棒PID控制器和前置滤波器.在分析纵向速度对反馈系统影响的前提下,给出固定增益PID参数所适用的车速范围;分析了PID参数对闭环反馈系统的影响,调整了其他车速区间的PID参数.实车试验验证的结果表明,所提出的路径跟踪横向控制系统具有良好的路径跟踪能力.     

含非线性轮胎模型的汽车四轮转向与主动悬架集成控制

在建立汽车四轮转向与主动悬架统一动力学模型的基础上,分别对2个子系统进行控制器的设计研究.在四轮转向控制器的设计方面,提出了修正后的理想参考模型,采取前馈加反馈的跟踪控制策略,在主动悬架的控制器设计中则采用最优控制方法.结合非线性轮胎模型,在MAT-LAB/Simulink环境下对被动系统、四轮转向系统、主动悬架系统以及四轮转向与主动悬架集成控制系统进行了仿真分析.结果表明:集成控制系统除了能改善车辆在转弯过程中的质心侧偏角响应、横摆角速度响应以及在不平路面上的行驶平顺性外,还能有效抑制由不平路面等外界干扰对车辆转向性能带来的影响.     

基于模型预测控制的主动四轮转向车辆稳定性研究

为提高汽车在高速、低附着系数路面下的操纵稳定性,论文设计模型预测控制器跟踪线性二自由度理想模型,得到横摆角速度与质心侧偏角偏差,然后由二次规划算法计算实际的四个车轮转角,并在Carsim软件中建立开环角阶跃工况进行联合仿真。结果表明:文章所设计的基于模型预测控制的主动四轮转向汽车相对于前轮转向,能够有效降低整车角阶跃输入下的横摆角速度与质心侧偏角,更好地跟踪理想控制目标,主动四轮转向汽车提高了整车的操纵稳定性和路径跟随精度。     

动力模块车组的驾驶真实感研究

为了使驾驶人在驾驶大型动力模块车组时获得力反馈真实感,提出基于伺服电机扭矩控制的转向盘力觉真实感系统.基于普通车辆的转向系特性,建立转弯时单个转向轮的转向力修正模型,据此利用动力模块车组同一轴线上2个悬挂转角与转向盘转角的数学关系,建立动力模块车组转向盘转向力模型,在此基础上构建伺服电机驱动的转向盘转向力模拟试验平台和虚拟车辆行驶环境.结果表明:数字转向盘的转向力矩曲线与普通车辆转向力矩特性相近,符合中国标准的规定,验证了所提方法的有效性.     

汽车电动助力转向系统特性研究

建立电动助力转向系统的力学模型,并对系统电动机在比例控制和比例加微分控制下汽车电动助力转向系统特性进行分析,对系统的频率特性和时间响应进行数值仿真,分析比例系数和微分系数对系统特性的影响,研究参数变化下系统特性的变化规律,为优化控制规律提供依据。     

四轮独立转向电动汽车转向控制方法

本文中对四轮独立转向电动汽车的转向控制方法进行研究。首先,基于前轮转向车辆的理想横摆角速度模型,建立四轮独立转向2自由度动力学模型。接着,以四轮侧偏角之和绝对值最小化作为优化目标函数,以质心侧偏角为零和理想横摆角速度作为约束条件,采用线型优化算法求解系统前馈控制器。再以轮胎侧偏角和横摆转矩为输入建立线性控制模型,运用最优区域极点配置方法设计反馈控制器。最后,建立人-车-路闭环仿真系统,分别进行双移线道路仿真实验和对开路面上的行驶仿真实验。结果表明,控制器能根据路面附着情况分配各轮转角,保证车辆跟踪理想状态。实车双移线实验进一步验证了控制器对车辆理想状态良好的跟踪精度。