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ADAMS和MATLAB在线控转向集成控制中的联合仿真

万芩  
【摘要】:汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命,是衡量现代汽车水平的重要标志,是用来开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。汽车的线控转向系统(Steer-By-Wire)是一种电子转向系统,它取消了方向盘与汽车前轮之间的一段机械连接,取而代之的是用电子控制单元去完成转向任务。方向盘的转角信号通过电信号传递给控制器,控制器通过采集各个传感器信号经智能控制算法计算出相应的前轮转角或转向力矩,驱动转向电机的转动,这种结构使汽车在无机械连接的状态下也能实现安全稳定的转向。 本文在回顾了国内外汽车线控转向系统的发展和现状基础上,首先对线控转向系统关键技术之一的FlexRay车载网络进行了分析,介绍了FlexRay车载网络的运行机制和目前在汽车中的应用;提出以FlexRay网络为主网络的车载网络系统结构,进一步对网络构架中的网关进行了分析。 本文依据汽车的运动特性,利用智能控制技术解决线控转向的关键部分——前轮转角的控制和反馈力矩的设计。从稳态横摆角速度和前轮转向与方向盘跟随关系出发设计双闭环串级模糊控制系统,使汽车在不同速度不同方向盘角速度下按照转向盘指示转向并实现稳态转向,提高系统的稳定操纵性,通过行驶角反馈提高了汽车的跟踪性能。又依据传统汽车回正力矩的特性,设计了在不同速度下汽车回正力矩不同的表达式。 为进一步验证控制系统的正确性,利用MATLAB和ADAMS软件构建虚拟样机进行联合仿真。通过在MATLAB里搭建前轮控制系统和方向盘回正力矩;利用ADAMS软件建立具有线控转向系统的汽车模型;对ADAMS和MATLAB的软件接口的设置,形成虚拟样机。依据汽车的性能指标对虚拟样机系统进行汽车的各种状态的仿真,验证前轮转角控制系统设计的正确性。 最后分析了汽车侧倾角对汽车稳定性的影响,根据三自由度模型设计了基于侧倾角影响的前轮转向模糊集成控制系统。通过引入可调因子,依据侧倾角误差值对前轮转角模糊规则实现在线调整,缓解由于侧倾角过大导致汽车翻车。通过仿真验证了侧倾角补偿反馈具有一定的改善汽车稳定性的作用。


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