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基于ADAMS的四轮转向车辆模糊控制的建模与仿真

王晨  
【摘要】:随着人们对汽车低速时的灵活性以及高速时稳定性的关注,四轮转向技术逐渐在汽车工业的发展中逐步得到了推广和应用。四轮转向是在传统前轮转向的基础上,在后轮增加转向装置,用以提高车辆低速行驶的灵活性与高速行驶的操纵稳定性。四轮转向系统控制策略的研究是四轮转向系统研发的重点内容之一。另外,模糊控制是当今控制领域研究的热点之一。它可以将人类模糊的认知与经验量化,编制成算法运用于工程实践,达到提升产品品质的作用。因而,充分利用模糊控制的特点及优势,将它应用于四轮转向控制策略的开发当中具有极其重要的工程意义和价值。首先,本文从二自由度整车操纵稳定性入手,给出了可以分析四轮转向汽车特性的基于零车身侧偏角的前馈控制策略。再将该控制策略加入到二自由度模型中,利用方向盘角阶跃工况仿真得到了不同车速下整车的特性。利用结果对比了前馈控制四轮转向车辆与常规前轮转向车辆在车身侧偏角与车身横摆角两个关键参数上的差别。同时,利用前馈控制的结果,提出应该针对车身横摆角速度进行补偿,从而提高车辆的转向灵敏度。之后,给出了一种PID车身横摆角补偿控制策略,以保证车辆的转向灵敏度。通过分析仿真结果,PID车身横摆角补偿控制策略能调和车身横摆角速度与车身侧偏角这两个参数之间的矛盾,为后续的模糊控制提供了可靠的基础。之后,为分析四轮转向车辆的性能,基于某型车辆的相关物理参数,本文运用多体动力学软件ADAMS建立四轮转向结构化模型。利用C#建立了涵盖悬架子系统的相关文件,再运用相关工具调整了悬架性能参数,使悬架KC性能达到设计要求,为后续的仿真提供基础。然后分析了常见了车辆操稳性能试验工况,选择数种试验工况作为评价四轮转向系统的工况。同时本文完成了ADAMS与Simulink联合仿真环境搭建,为下文模糊控制的仿真打下基础。由于车辆驾驶工况多样性,单纯的PID车身横摆角补偿控制策略无法同时满足所有工况对四轮转向系统的要求,本文选择模糊控制结合零侧偏角前馈控制建立新的控制策略。在模糊控制中选择了横摆角速度偏差、车速、方向盘转角以及方向盘转角速度等4个参数作为输入信号。根据四种典型的工况,形成了12条模糊规则。最后,以ADAMS与Simulink的联合仿真模型为基础,结合设计的四轮转向系统模糊控制策略,利用仿真平台研究了方向盘扫频、双移线、中心转向等几个典型工况下车辆的操纵稳定性。通过几种工况下得到的相关的参数,系统分析了基于模糊控制的四轮转向系统的可行性和实用性。结果表明,本文给出的基于模糊控制的四轮转向车辆无论在车身侧偏角还是横摆角速度等参数上都比传统前轮转向车辆的性能更好。研究结果为后续的应用研究提供了可靠的基础。


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