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《武汉理工大学》 2011年
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四轮转向汽车的建模与仿真分析

沈扬凤  
【摘要】:近几十年来,我们国家的经济得到了迅猛的发展,在此期间,汽车行业的发展也进入了快速道,已经成为我国的支柱产业之一。然而,随着越来越多的汽车走进千家万户,交通事故频繁发生,汽车的安全性越来越受到人们的关注,与汽车安全性密切相关的汽车操纵稳定性由此成为人们关注的焦点。汽车转向系统的好坏对汽车的操纵稳定性有着直接的影响,如何设计高效的转向系统是汽车设计中的一个重要环节,也是汽车安全性的一大研究主题。传统的前轮转向系统由于存在低速转向时转弯半径大、机动性差,高速转向时操纵稳定性不好等缺点越来越不能满足人们对汽车性能的要求。随着对汽车动力学的深入研究,人们开始认识到,四轮转向系统可以有效地提高汽车低速转向时的机动性及高速转向时的操纵稳定性,因此四轮转向系统在沉寂了多年之后目前又成为底盘控制技术的研究热点。 本文根据牛顿矢量力学体系的动量定理、动量矩定理及牛顿第二定律,推导出二自由度四轮转向汽车动力学模型,并在ADAMS/CAR中建立起包括汽车轮胎、悬架系统、转向系统、制动系统、发动机及车身等子系统的四轮转向整车多体动力学模型。 以二自由度四轮转向动力学模型为例,对三种经典的四轮转向控制方法进行研究,仿真结果表明这三种控制方法均在一定程度上改善了汽车低速时的机动性及中高速时的操纵稳定性,但都存在各自的不足,即不能同时达到汽车质心侧偏角基本保持为零和横摆角速度稳态增益保持在理想值附近的目标。为了解决这个问题,本文提出了一种新的四轮转向控制方法——分数阶PID控制方法,并对该方法控制下的四轮转向汽车进行操纵稳定性仿真试验,仿真结果证明该方法控制下的四轮转向系统可以使汽车在转向过程中质心侧偏角基本保持为零,且横摆角速度能够保持在理想值附近,即不仅提高了汽车的操纵稳定性,并且能够使习惯于驾驶前轮转向汽车的驾驶员可以很好地适应四轮转向汽车的驾驶。 由于二自由度四轮转向动力学模型是基于众多假设的条件下推导出来的,与实车存在很大的差别,因此它的仿真结果具有一定的局限性,不够准确。为了给实车提供更为准确更具参考价值的仿真结果,本文对非常逼近实车的四轮转向整车多体动力学模型也进行了控制研究,在分数阶PID的基础上,引入模糊控制理论,设计模糊分数阶PID控制器,仿真结果证明用该控制器对四轮转向整车多体动力学模型进行控制,可以使汽车获得良好的操纵稳定性。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U461.6

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 胡国强;汽车四轮转向系统转向特性的研究[D];武汉理工大学;2012年
2 李欣;营运车辆操纵和行驶稳定性数据监管平台设计[D];吉林大学;2012年
3 郑向歌;汽车线控四轮转向分层控制方法研究[D];郑州大学;2013年
4 邢哲;煤矿井下整体式无轨胶轮车转向机构运动研究[D];武汉理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 殷国栋,陈南,李普;基于μ综合鲁棒控制的四轮转向车辆操纵稳定性研究[J];中国工程科学;2005年04期
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3 郭孔辉,轧浩;车辆四轮转向系统的控制方法[J];吉林工业大学学报;1998年04期
4 王洪礼,张锋,乔宇;汽车四轮转向系统的非线性控制[J];机械强度;2003年02期
5 屈求真,刘延柱,张建武;四轮转向汽车自适应模型跟踪控制研究[J];汽车工程;2000年02期
6 王洪礼,张锋,乔宇,张伯俊;汽车四轮转向系统的H_2/H_∞混合控制[J];汽车工程;2003年06期
7 焦凤,陈南,秦绪柏;四轮转向汽车操纵动力学虚拟仿真分析[J];汽车工程;2004年01期
8 颜四平;黄玲琴;周淑文;杨英;;基于ADAMS的四轮转向汽车虚拟样机建模与动力学仿真[J];汽车科技;2007年05期
9 刘兴初,张建武,刘奋;四轮转向非线性侧向动力学模型[J];上海交通大学学报;2005年09期
10 曹军义,梁晋,曹秉刚;基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究[J];西安交通大学学报;2005年11期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 郑军;新概念车舒适性与操纵稳定性研究[D];湖南大学;2001年
2 乔宇;汽车四轮转向的动力学特性与混杂控制研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 焦凤;四轮转向汽车虚拟样机与闭环控制操纵动力学仿真[D];东南大学;2004年
2 吕红明;横摆率跟踪控制的四轮转向汽车操纵稳定性[D];东南大学;2004年
3 高洪玲;四轮转向汽车的动力学分析及其鲁棒控制研究[D];吉林大学;2006年
4 常胜;四轮转向汽车列车横向稳定性研究[D];吉林大学;2007年
5 严慧;分数阶PI~λD~μ控制器的设计及数字实现[D];南京航空航天大学;2007年
6 马开献;汽车四轮转向模糊控制仿真研究[D];华中科技大学;2006年
7 刘竞一;汽车四轮转向模式及智能控制技术研究[D];重庆交通大学;2008年
8 王敬;汽车四轮转向系统建模方法的研究[D];重庆交通大学;2008年
9 陈炎冬;分数微积分理论在车辆底盘控制中的应用研究[D];南京林业大学;2008年
10 苏文涛;基于模糊选择器的四轮转向多模式控制方法研究[D];重庆交通大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周娟利;党智乾;;基于自调整模糊控制的直线电机矢量控制系统[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
2 刘灵芝;;基于ADVISOR的电动汽车性能仿真研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
3 王光磊;基于模糊逻辑的PID控制器的设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年03期
4 钱斌;朱顺利;;汽车驱动桥总成结构设计、三维建模与虚拟装配研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年03期
5 高洪;孙波;查为民;孟舒;张海涛;;承载式客车车身结构有限元分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期
6 张海涛;高洪;查为民;孟舒;;具有LQG控制器的主动悬架半车模型动力学分析与仿真[J];安徽工程大学学报;2012年01期
7 柳剑玲;;汽车液压制动主缸技术条件及试验方法的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年03期
8 胡干清;王继先;;农用自动引导车视觉导航的研究[J];安徽农学通报;2008年14期
9 陈小莉,钟生海;MATLAB在光学实验中的应用[J];安康师专学报;2003年02期
10 夏锡全;王继先;杨海东;李兆文;;自动引导车作业平台的研制[J];安徽农业大学学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李韶华;杨绍普;路永婕;;三向轮胎力作用下路面的动力响应分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 龙威;赵彬;;精密空气静压导轨组件传动系统的设计与分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
3 魏道高;乔明侠;周福庚;吕召全;;汽车转向轮主销内倾角设计计算[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
4 胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
5 高谦;王秀红;魏新江;;一般模糊系统作为函数逼近器的设计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 吴义虎;宋丹丹;侯志祥;袁翔;;车辆横摆角速度的广义预测控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 刘大学;孙振平;赵汗青;李政;贺汉根;;自主车越野纵向控制器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 魏立新;田学静;王洪瑞;宋阳;;基于改进型模糊聚类的模糊系统辨识方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 贺妍;张晓燕;李海滨;刘科元;刘志彬;段志信;;履带车辆的动力学建模与仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 龙祖强;梁昔明;阎纲;陈列尊;;真值流动模糊控制算法及其在温控系统的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗清林;抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D];合肥工业大学;2010年
2 刘翔宇;基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究[D];合肥工业大学;2010年
3 尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
4 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
5 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
6 张红兵;基于ARM的双丝脉冲MIG高速焊分布式控制系统的研究[D];华南理工大学;2010年
7 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
8 刘文光;商用汽车电控机械自动变速器智能控制技术研究[D];江苏大学;2010年
9 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年
10 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯小冬;基于模糊PID控制的呼吸机压力控制研究[D];南京医科大学;2010年
2 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
3 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
4 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
5 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
6 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
7 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年
8 满丽丽;基于分数阶比例积分控制器的伺服系统校正方法研究及仿真[D];长春理工大学;2010年
9 吕勇松;基于补偿的模糊神经网络电阻炉控制系统设计与实现[D];浙江理工大学;2010年
10 胡宇龙;自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 施国标;赵万忠;王成玲;李强;林逸;;线控转向变传动比控制对车辆操纵稳定性的影响[J];北京理工大学学报;2008年03期
2 黄宏成 ,夏祥洪 ,张炜;汽车转向机构多自由度运动学模型[J];传动技术;2004年01期
3 林孔容;关于分数阶导数的几种不同定义的分析与比较[J];闽江学院学报;2003年05期
4 崔胜民,李满天;基于神经网络的四轮转向车辆控制研究[J];哈尔滨工业大学学报;2002年03期
5 林金木,李宜芳;汽车转向梯形机构的优化设计[J];湖南大学学报;1985年04期
6 周兵;杨凡;徐琪;;基于ADAMS的转向机构的优化设计[J];湖南大学学报(自然科学版);2008年12期
7 刘伟;史文库;郭福祥;沈志宏;方德广;;基于转向稳定性的汽车悬架协调优化[J];吉林大学学报(工学版);2011年03期
8 殷国栋;陈南;;四轮转向控制技术的理论及应用研究[J];山东交通学院学报;2008年02期
9 杨俊燕;任家骏;张明;李秀红;吴凤林;;基于MSC.ADAMS软件仿真的关键问题[J];机械管理开发;2008年03期
10 于蕾艳;林逸;施国标;;线控转向系统动力学模型的研究[J];计算机仿真;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 田杰;汽车线控转向系统动力学分析与控制方法研究[D];江苏大学;2011年
2 景立新;基于操纵稳定性的汽车悬架稳健性设计研究[D];吉林大学;2011年
3 张邦楚;基于分数阶微积分的飞航式导弹控制系统设计方法研究[D];南京理工大学;2005年
4 张伯俊;四轮转向汽车横向动力学特性及控制研究[D];天津大学;2006年
5 徐汉斌;电动转向器控制系统研究[D];武汉理工大学;2007年
6 吴碧磊;重型汽车动力学性能仿真研究与优化设计[D];吉林大学;2008年
7 杨秀建;极限工况下汽车转向失稳的非线性动力学特性与主动控制研究[D];山东大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘维艳;液压助力转向建模及对操纵稳定性的影响分析[D];吉林大学;2011年
2 张晗;载重汽车操纵稳定性仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
3 雷兵兵;客车操纵稳定性动力学模型的研究[D];长安大学;2000年
4 关柯;基于多体的导向机构强度分析和转向传动机构的优化设计[D];合肥工业大学;2002年
5 杨英;大客车操纵稳定性动力学模型研究[D];长安大学;2002年
6 时培成;基于虚拟样机技术的汽车整车操纵稳定性研究[D];合肥工业大学;2005年
7 符浩翔;汽车悬架与四轮转向系统的综合控制研究[D];重庆大学;2005年
8 王军;重型汽车转向系统的结构分析与设计方法研究[D];武汉理工大学;2006年
9 董恩国;基于ADAMS的车轮定位参数及转向机构优化设计[D];天津大学;2006年
10 祁永宁;4WS车辆直接横摆力矩控制与硬件在环仿真系统[D];东南大学;2005年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郑向歌;汽车线控四轮转向分层控制方法研究[D];郑州大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林程,孟祥,陈思忠,吴志成;四轮转向车辆转向特性分析及试验研究[J];北京理工大学学报;2004年03期
2 王然,陈思忠,吴志成;4WS技术及应用前景[J];北京汽车;2000年03期
3 封飚;汽车动力学特性仿真分析与ADAMS软件[J];城市车辆;2001年03期
4 尤凤翔,吕福合;相似理论在工程实际中的应用[J];丹东师专学报;1999年01期
5 杜琳,姜久春,潘磊;双高端开关器件MC33486在车身电控系统中的应用[J];电气应用;2005年07期
6 汪纪锋;李元凯;;分数阶P(ID)~u控制器和分数阶超前滞后校正器的设计[J];电路与系统学报;2006年05期
7 祁永宁,陈南,李普;四轮转向车辆的直接横摆力矩控制[J];东南大学学报(自然科学版);2004年04期
8 殷国栋,陈南,李普;基于μ综合鲁棒控制的四轮转向车辆操纵稳定性研究[J];中国工程科学;2005年04期
9 陈南;;车辆动力学和4WS车辆操纵性能控制:现状、问题和发展[J];国际学术动态;2002年03期
10 晏蔚光,李果,余达太,杨宇;基于模糊PID控制的汽车防抱制动系统控制算法研究[J];公路交通科技;2004年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 郑军;新概念车舒适性与操纵稳定性研究[D];湖南大学;2001年
2 翁建生;基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制[D];南京航空航天大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 李刚;车辆模型转向盘角阶跃输入运动的仿真研究[D];大连理工大学;2004年
2 焦凤;四轮转向汽车虚拟样机与闭环控制操纵动力学仿真[D];东南大学;2004年
3 吕红明;横摆率跟踪控制的四轮转向汽车操纵稳定性[D];东南大学;2004年
4 贾银刚;分数阶控制系统与控制器设计[D];东北大学;2005年
5 刘林超;分数导数型粘弹性材料的力学行为及在结构减振中的应用研究[D];暨南大学;2005年
6 符浩翔;汽车悬架与四轮转向系统的综合控制研究[D];重庆大学;2005年
7 高洪玲;四轮转向汽车的动力学分析及其鲁棒控制研究[D];吉林大学;2006年
8 何宏宇;汽车行驶安全性判定及仿真研究[D];吉林大学;2006年
9 杨金霞;车辆半主动悬架模型跟踪变结构控制的研究[D];南京林业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林程,孟祥,陈思忠,吴志成;四轮转向车辆转向特性分析及试验研究[J];北京理工大学学报;2004年03期
2 屈求真,刘延柱;四轮转向汽车的控制策略[J];汽车技术;1999年02期
3 刘水章;卢云杰;;叉车四轮转向机构的研制[J];叉车技术;2001年03期
4 郭孔辉,轧浩;四轮转向的控制方法的发展[J];中国机械工程;1998年05期
5 王林超;轿车的四轮转向系统[J];济南交通高等专科学校学报;1999年02期
6 周小川;现代汽车的四轮转向(4WS)系统[J];汽车维修与保养;2000年01期
7 刘奋,张建武,屈求真,黄宏成;基于QFT的四轮转向控制系统设计[J];汽车工程;2002年01期
8 杨峰,高翔,王若平,游学兵;两轴四轮汽车四轮转向机构的运动分析[J];中国农机化;2004年06期
9 赵又群,王立公,何小明,郭孔辉;四轮转向汽车运动稳定性分析[J];中国机械工程;2003年14期
10 宋正华,陈南,焦凤,祁永宁;四轮转向汽车虚拟样机闭环控制操纵动力学仿真[J];汽车技术;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 马丽英;龙水根;曹源文;归少雄;;工程机械4WS电液控制系统的试验研究[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
2 韩强;罗毅;;四轮转向系统动力学问题的研究进展[A];钱学森技术科学思想与力学论文集[C];2001年
3 王贵明;王金懿;;四轮驱动四轮转向的汽车电子差速转向控制[A];第十五届中国小电机技术研讨会论文摘要集[C];2010年
4 田海波;方宗德;寇发荣;;六轮行星探测车的转向特性分析与仿真[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第三届学术会议论文集[C];2006年
5 赵人财;马旭;齐龙;李瑞川;;拖拉机同辙转向机构的设计与试验[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 王莉;杜家政;;基于状态反馈极点配置的4WS系统设计及仿真[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
7 穆希辉;来升;杜峰坡;;全向行驶防爆侧面叉车关键技术研究[A];物流工程三十年技术创新发展之道[C];2010年
8 王冬成;;汽车动力学研究内容及主动控制技术的发展[A];河南省汽车工程学会第二届科研学术研讨会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 本报记者 宋凤珠;业界对“资助”为何不太动情[N];中国汽车报;2002年
2 张齐;国内汽车技术三年骤变[N];中国汽车报;2005年
3 席雪莲;美国与日本厂商互打擂台[N];中华工商时报;2005年
4 张克宁;意大利OM公司XE系列电动平衡重式叉车销量看涨[N];中国包装报;2006年
5 天;国外挖沟机简介[N];中国机电日报;2000年
6 刘雪梅;陕建机股份铣刨机一鸣惊人[N];中国机电日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 乔宇;汽车四轮转向的动力学特性与混杂控制研究[D];天津大学;2003年
2 刘丽;车辆三自由度平面运动稳定性的非线性分析及控制策略评价[D];吉林大学;2010年
3 武建勇;提高车辆操纵稳定性的底盘集成控制系统设计与方法研究[D];上海交通大学;2008年
4 司癸卯;工程机械4WS系统及数字控制器研究[D];长安大学;2004年
5 杨福广;4WID/4WIS电动车辆防滑与横摆稳定性控制研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马立军;基于虚拟现实技术的车辆四轮转向性能的仿真研究[D];东北大学;2008年
2 胡家奇;电控四轮转向技术实车应用研究[D];重庆交通大学;2013年
3 樊香梅;基于MATLAB/Simulink和神经网络的四轮转向仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
4 魏冬;后轮独立控制的四轮转向系统研究[D];重庆交通大学;2011年
5 王鹏;基于最优控制及联合仿真的四轮转向研究[D];辽宁工业大学;2012年
6 胡国强;汽车四轮转向系统转向特性的研究[D];武汉理工大学;2012年
7 颜四平;四轮转向汽车操纵稳定性分析与模糊控制的研究[D];东北大学;2008年
8 曹会泉;基于预瞄驾驶员模型的车辆四轮转向控制方法[D];燕山大学;2013年
9 朱涛;轮式工程机械四轮转向自动控制系统的研究[D];中南林学院;2004年
10 叶敏;四轮转向试验平台的建模仿真与实验研究[D];长安大学;2004年
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