基于Carsim和Simulink后轮转向稳定性模糊PID优化分析.pdf
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1、基于 和 后轮转向稳定性模糊 优化分析刘忠侦(恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司,上海 )摘要:通过对整车操纵稳定性控制目标研究,获得了带后轮转向时,汽车低速、高速后轮正反转向的分界点。推导了比例控制及横摆角速度反馈跟踪控制的计算方法。根据车辆二自由度动力学方程,解决了理想目标对象的建立。通过对反馈误差 和变化误差 的分析,设计其论域范围及模糊 控制器。采用 和 联合仿真,由左前轮作为参考输入转角,其它转角用查表方式获取,以角阶跃作评价输入,对建立的模型进行仿真分析。结果表明模糊 控制器能使汽车在低速、高速时质心侧偏角、横摆角速度得到明显优于前轮转向和横摆角度反馈跟踪控制方式。很好地提升
2、了汽车的操控性能,发挥了后轮转向的低速提供过度转向,高速提供不足转向的优点。关键词:后轮转向;操纵稳定性;模糊 中图分类号:文献标志码:文章编号:()(),):,:;近年来,随着我国汽车技术的不断升级迭代,自主汽车企业也开始研发甚至量产带后轮转向的汽车产品,很好地满足了消费者对高品质的要求。后轮转向经历了机械后轮转向、液压、电控液压后轮转向发展过程,于 年由日本铃木汽车公司首次将电控后轮转向运用在车辆上 ,随后电子控制的后轮转向开始在本田、日产、雷诺、宝马等汽车上逐步批量运用。后轮转向作为除前轮转向、制动电子稳定控制()外,是车辆横向控制的一个补充手段,能极大地改善整车的操纵稳定性和灵活机动性
3、 。本文基于 搭建的模型,通过 平台实施策略控制,融合模糊 优化手段,能很好地再现后轮转向控制效果。汽车前后轮转角比例控制分析针对前轮与后轮转向的协同控制,一直是研究者关注的重要方向。汽车操纵稳定性的控制目标一般为两个:寻迹性和稳定性,通常采取质心侧偏角与横摆角速度作为研究对象 。但车辆在实际行驶过程中,这两个目标相互耦合,相互影响,因此在确保车辆质心侧偏角 值附近的同时,也需考虑前轮转向的特性,保证横摆角速度在某一限定数值范围,从收稿日期:第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ,而完美地平衡整车的操纵稳定性。对于配备后轮转向的汽车控制,其核心就是尽可能地减小质心侧偏角的大小
4、,最理想的状况是使其等于零 。但同时也要尽量减小横摆角速度增益,从而减少驾驶员的驾驶疲劳感。综合考虑,本节采用前馈与横摆反馈相结合做闭环比例的控制策略,同时与仅比例控制为策略作对比,分析两种方式在低速、高速条件下,对侧偏角、横摆角速度的影响。比例控制可采用文献 推导的公式:()()()式中,为整车重量;为车速;为轴距;、为前后轮到质心的距离;、为前后轮侧偏刚度。图 关系曲线 由图 曲线可知,车辆低速时,为负值,前后轮转角相反,减少了转弯半径,提高了汽车通过性;高速时,为正,前后轮转角方向相同,可减小汽车质心侧偏角,改善了汽车的操纵稳定性。而结合横摆角速度反馈为控制目标的后轮转角,与前轮转角 的
5、关系,可以定义为 ,则:()()理想目标模型计算分析根据牛顿力学矢量体系,二自由度带后轮转角的车辆模型动力学方程为 :()()()()()()式中,为质心侧偏角;为车辆横摆角速度;为绕汽车 轴的转动惯量。为保证车辆转向时无侧滑,则汽车质心侧偏角的理想值应为零。带后轮转向车辆的横摆角速度增益,也应与只有前轮转向的汽车保持在一个范围,不能让驾乘者体会到有异常的体验。因此,以汽车前轮转向的二自由度横摆角速度增益,作为标杆的理想模型,其空间动力学状态方程为()式 中,();();为一阶滞后时间常数,一般取值 ;为稳定性因数,()。模糊 控制模型分析搭建 算法是一种应用非常广泛的控制手段。小则可以用于一
6、个小风扇电机转速的控制,大到自动驾驶汽车轨迹、车速的控制,都利用了 的算法控制。()是指比例、积分、微分计算。具体来说,对观测的目标进行输入后,利用 的 、做运算处理,将结果进行累加后,输送到输出系统中,从而得到所需要的控制结果。其控制方程为()()()()()模糊控制 又叫模糊自适应 ,因其三个 参数可以实时优化调整而得名。模糊 控制算法,即是利用模糊规则,并按照相应的模糊逻辑对 的参数进行实时迭代计算,克服了单纯的 控制无法即时调整参数的缺陷,控制流程如图 所示。图 模糊 控制图 本文以横摆角速度的输出量与理想目标值的误差 和误差变化 作为输入量,、作为输出量。分别以高斯和三角函数作为输入
7、量和输出量的隶属度函数,设 的论域为 ,的论域为 ,、的论域为 ,而 和 的模糊子集可定义为 ,以表示偏差量由较大的负值到偏差量为 ,再拖拉机与农用运输车第 期 年 月到偏差量较大正值的一个变化范围 。隶属函数如图 、图 和图 所示。图 输入变量隶属度函数 图 输出变量隶属度函数 图 、输出曲面 ,根据上述得到的隶属度函数、模糊控制规则及推理机制,在 中的 模块建立模糊 控制器模型,如图 所示。图 模糊 控制器 与 联合仿真分析根据上述分析及建立的分布模型,利用 整车仿真优势及 模型算法,本节将各子系统整合成一个系统模型,如图 所示。本文参考车型主要参数,整车重量 ,轴距 ,质心到前轴距离 ,
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