智能车辆控制基础第三章车辆横向理论基础.pptxVIP

第三章 车辆横向运动控制;3.1——转向系统 3.2——辆横向运动建模与控制策略 3.3——车辆横向运动控制目标 3.4——车辆转向控制器设计;;3.1.1　机械转向系统;图3-1　机械转向系统示意图 1—转向盘　2—转向轴　3—转向万向节　4—转向传动轴 5—转向器　6—转向摇臂　7—转向直拉杆　8—转向节臂 9—左转向节　10、12—梯形臂　11—转向横拉杆　13—右转向节;3.1.2　助力转向系统;3.1.3　线控转向系统;;3.2.1　车辆横向运动学模型;图3-5　阿克曼转向几何示意图;3.2.2　车辆横向动力学模型;图3-7　线性车???动力学模型;1. 二自由度线性车辆动力学模型 (1) 动力学方程　;(3) 转向特性;3.2.3　车辆横向运动控制策略; (2)仿真分析　 仿真时采用三自由度线性车辆动力学模型,所用车辆参数见表3-2。通过对三自由度线性车辆模型的时域分析知,不同车速下的横摆角速度瞬态响应不同。例如,由60km/h、120km/h和210km/h这三种车速下输入量δ阶跃输入时输出量r的时域响应,和据此分析出的三种车速下转向盘角阶跃输入时横摆角速度瞬态响应参数知:三种车速中60km/h时横摆角速度瞬态响应综合性能最好,210km/h时横摆角速度瞬态响应综合性能最差。因此,可将60km/h时传递函数[r(s)/δ(s)]60km/h作为210km/h时传递函数r(s)/[δ,ΔFx](s)的理想目标形式[r(s)/δ(s)]*。同时,为使车辆具有不足转向特性,高车速时横摆角速度稳态增益[r(s)/δ(s)]s应小。;2.基于横摆角速度反馈的直接横摆力矩控制 为提高直接横摆力矩控制的抗干扰能力,改善其控制效果,可采用基于横摆角速度反馈的直接横摆力矩控制。 对四轮独立驱动车辆进行基于横摆角速度反馈的直接横摆力矩控制时,根据横摆角速度的反馈值与期望值的偏差,确定直接横摆力矩控制所需的左右轮驱动转矩差期望值。然后,结合车轮总驱动转矩期望值,确定各轮驱动转矩期望值。通过控制左右轮转矩差,使左右轮纵向力不等,从而产生地面作用于车辆的附加横摆力矩,通过这种横摆力矩控制调节横摆角速度使其达到期望值,以使车辆稳定行驶,改善操纵稳定性。该方法的控制原理简图如图3-11所示。;图3-11　基于横摆角速度反馈的直接横摆力矩控制原理简图;;3.3.1　转向轨迹;图3-12　微分校正单点预瞄最优曲率驾驶人模型;2.模型预测控制 模型预测控制确定前轮转角时,采用基于多点预瞄的控制方法,具有一定的预见性,更符合驾驶人的实际驾驶行为;同时,还可处理涉及车辆动力学约束的优化问题。 (1)模型预测控制原理　 模型预测控制MPC(model predictive control)将无穷时间跨度内的最优控制问题转化为一个在有限时间跨度内的开环优化问题。模型预测控制的原理如图3-13所示。;图3-13　模型预测控制原理图;3.3.2　横摆角速度;2.横摆角速度限值 路面附着系数会影响轮胎与路面之间的侧向力限值,从而影响车辆侧向加速度限值,即 ay≤μg(3-97) 车辆侧向加速度ay与横摆角速度r、车身质心侧偏角β有如下关系: 由于车身质心侧偏角β及其导数 一般较小,式(3-98)中第2、3项比第1项小,结合式(3-97),取第1项ur≤0.85μg,则横摆角速度限值为;当|rref|≤rlim,则横摆角速度目标值raim=rref。 当|rref|rlim,则横摆角速度目标值raim=rlimsgnrref。;3.3.3　车身质心侧偏角; 当车辆稳态转向时, ,则式(3-6)和式(3-7)化为 联立式(3-102)和式(3-103),得 式(3-101)、式(3-104)和式(3-27)代入式(3-100),得车身质心侧偏角参考值为;2.车身质心侧偏角限值 车身质心侧偏角限值也与侧向加速度、路面附着系数有关,其经验公式为 βlim=arctan0.02μg(3-106) 当|βref|≤βlim,则车身质心侧偏角目标值βaim=βref。 当|βref|βlim,则车身质心侧偏角目标值βaim=βlimsgnβref。;;3.4.1　四轮转向系统结构原理;图3-14　四轮转向系统方案原理图;3.4.2　四轮转向控制器硬件设计;3.4.3