橫擺力矩和主動前輪轉向結合的車輛橫向穩定性模糊控制仿真

摘 要：提出一種基于橫擺力矩和主動前輪轉向相結合的車輛橫向穩定性控制方法，以橫擺角速度和側偏角為控制目標，利用前饋補償和模糊控制產生橫擺力矩和附加的前輪轉角，通過控制制動力的分配以及對轉向角的修正，使車輛轉向行駛時的橫擺角速度和側偏角很好地跟蹤參考模型。對轉向輪階躍輸入和正弦輸入兩種工況分別進行了仿真研究，采用橫擺力矩和主動前輪轉向相結合控制方法，車輛轉向時的瞬態及穩態響應優于單獨的橫擺力矩控制，表明該方法能有效地控制車輛橫擺角速度和側偏角，提高車輛轉向時的橫向穩定性，同時能有效地減輕駕駛員操縱負擔。

“注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”

關鍵詞：車輛工程；橫擺力矩控制；主動前輪轉向；橫向穩定性；模糊控制

中圖分類號：U461．6 文獻標識碼：A

1 引言

汽車的橫向穩定性是影響汽車高速安全行駛的一項重要性能，影響車輛橫向動力學穩定性的因素眾多，包括車輛的結構形式、參數、車輛初始運行狀態、路面附著條件和前輪轉角等，因此，車輛橫向穩定性控制器的設計涉及復雜的非線性問題。目前，車輛橫向穩定性的控制方法有邏輯門限控制、PID控制、滑模變結構控制和模糊控制等。由于控制系統的非線性，運用經典和現代控制理論設計橫向穩定控制器顯得十分復雜，而采用模糊控制的方法來研究，很大程度上解決了系統的非線性難題。通過輪胎縱向力主動分配側偏力矩，實現車輛運動的直接橫擺力矩控制(Direct Yaw MomentControl)被認為是最具發展前景的汽車底盤控制。直接橫擺力矩控制，導致車輛橫擺角速度的穩態值降低，即橫擺角速度比參考模型的小，車輛作曲線運動時的曲率半徑更大，使駕駛員必須多打方向盤，從而造成轉向困難。主動前輪轉向(Active Front Steering)通過產生與前輪轉角方向相同的附加轉角，使得車輛曲線運動時曲率半徑變小。因主動前輪轉向能產生附加轉向角來抵消直接橫擺力矩控制的不足，故在直接橫擺力矩控制的基礎上，再輔助主動前輪轉向，可在提高車輛的操縱穩定性的同時，減輕駕駛員在轉彎時操作負擔。