汽车四轮转向研究现状

北京信息科技大学研究生部汽车四轮转向研究现状的综述报告学院：机电工程学院专业：机械工程班级：研1402班学号：2014020055姓名：刘全攀指导教师：林慕义（教授）完成日期：2014年1月10日目录摘要...........................................................................................................................................1国内外关于汽车设计与空气动力学的研究现状...........................................................................21.1国内汽车设计与空气动力学的研究现状.........................................错误!未定义书签。1.2国外汽车设计与空气动力学的研究现状·....................................................................4总结与展望.......................................................................................................................................5参考文献...........................................................................................................................................61摘要介绍了四轮转向概况，并以实例展示目前国内外汽车四轮转向的研究发展现状。关键词：四轮转向2国内外关于汽车设计与空气动力学的研究现状1.1国内汽车设计与空气动力学的研究现状2012年朱智超、田丽娟介绍了线控转向的基本结构与工作原理，详细介绍了基于线控的转向汽车的发展史，并分析了国内研究线控转向的进展。在这基础上研究了线控转向的关键技术，推测了技术要求，最后对线控转向的发展进行了展望与总结。[1]2012年桂林、任燕介绍了电控电动式四轮转向(4WS)系统的基本组成结构工作原理，对四轮转向系统的转向电机、整车驱动电机，以及传感器的选取做了较详细的介绍分析。在研究现有4WS电控技术的基础上，提出了在助力转向条件下前、后轮分别由电机驱动，同时由电控单元(ECU)监测控制的四轮转向技术。对未来四轮转向电控技术和展趋势做了进一步的分析展望。[2]2013年李辰旸、罗文广为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势，对汽车转向的理想状态进行分析，构建理想转向模型。依据具有二次型性能指标的最优控制理论，以汽车转向理想模型作为跟踪目标采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略，对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行研究。利用Matlab工具，对所提出的后轮转向最优控制方法进行仿真。仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善汽车转向的瞬态与稳态响应特性，其瞬态响应的超调量减少，稳定时间缩短；侧向滑移的稳态值有所降低，从而提高汽车转向的操纵稳定性。[3]2014年杜峰、闫光辉鉴于汽车正常情况下都运行在侧向加速度较小的线性工作区域，对基于线控技术的主动四轮转向汽车进行了前、后轮转角最优跟随控制器的设计和算法推导，建立了“人-车-路”闭环操纵系统模型，并进行闭环系统仿真和安全性评价。结果表明:基于最优控制的主动四轮转向汽车同时实现了减小车身质心侧偏角与跟踪期望横摆角速度的控制目标，改善了车辆高速行驶下的转向响应特性;相对于传统前轮转向汽车与比例控制四轮转向汽车，基于最优控制的主动四轮转向汽车具有更好的路径跟随精度和主动安全性。[4]32014年党涛简述车辆四轮转向技术的应用，经过对机场牵引汽车四轮转向系统的研究，提出一种新的控制方式，在随动轮角度跟随基础上加入汽车行驶速度控制因子，既解决了车辆高速行驶的稳定性问题，也保证了车辆低速转弯的灵活性。[5]2014刘贺、董皓、张君安为更好的实现四轮转向的功能，重新设计了适合四轮转向电动汽车的车架。应用三维软件，通过整车虚拟装配确定了合理的四轮转向电动汽车的车架结构，进而建立了车架的三维模型。运用有限元分析理论，将模型导入软件后，建立了车架的有限元模型，对车架在弯曲和扭转工况下的静态结构性能进行了分析，得出相应工况下的应力和应变大小；还进行了模态分析，避免了共振。在满足强度和刚度的条件下对车架结构进行改进，并通过焊接加工得到了适合四轮转向电动汽车的车架，对以后电动汽车底盘的改进设计提供了参考。[6]2012兰志宇、田韶鹏为了改善汽车的操纵稳定性，进行了四轮转向汽车（4ws）的仿真研究。在建立四轮转向数学模型后，用simulink等仿真模块对前后轮转角成正比关系的四轮转向汽车在双移线性能测试中进行了仿真，分析了前轮转向汽车和不同线性比例的前后轮转向角的四轮转向汽车的车轮转角和汽车的侧偏角，并得出了结论：1在双移线性能模拟仿真中，从前轮转向到kf＝0．15和kf＝0.3时的四轮转向时，后轮的转向角从无到逐渐增大侧倾角在避障的时候，呈现增大的曲线，其加大了汽车的侧倾转向，使汽车的转向半径减小，提高了汽车的转向性能。2四轮转向时，两前轮的转向角与前轮转向汽车没有发生太大变化，汽车转向性能的提高主要得益于后轮角度的偏转。在不考虑其他因素时，值越大，四轮转向汽车的转向性能越好。[7]2013年沈峘、谭运生在两轮转向驾驶员模型的基础上，基于前馈加反馈的后轮主动转向控制率，建立了一种适用于四轮转向汽车的驾驶员模型。该模型先依据四轮转向二自由度侧向动力学模型获得驾驶员前馈校正环节采用前视预瞄偏差信息来计算期望前轮转角。再结合驾驶员手臂和方向盘之间的交互力矩建立驾驶员转动方向盘动态控制器。仿真结果表明:所建立的驾驶员模型可有效用于四轮转向汽车的转向控制，并可为电动助力转向系统的助力特性设计和优化提供闭环仿真手段。[8]42013年郑凯锋、陈思忠针对具有线控技术的四轮转向车辆，设计了一种全滑模控制器用于提高车辆的操纵稳定性。以前、后车轮转角作为控制输入，设计全滑模控制器使实际的质心侧偏角和横摆角速度跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度，通过在滑模面中加入跟踪误差积分项来消除稳态跟踪误差不为零的现象，并运用Lyapunov定理给出了全滑模控制器的稳定条件。最后通过2种车辆模型下不同工况的仿真分析，对比了传统前轮转向、常规滑模控制的四轮转向和全滑模控制的四轮转向的动力学响应，结果表明所设计的全滑模控制器不仅消除了稳态跟踪误差不为零的现象，而且提升了车辆抵抗外界干扰和系统参数摄动的鲁棒性。[9]2014年羊玢、陈宁建立了四轮转向车辆(4WS)的动力学模型，基于单点预瞄的驾驶员数学模型，编写了四轮转向车辆在S型道路和复杂赛车跑道行驶的闭环运动仿真程序，对比例控制策略的四轮转向车辆进行运动学和动力学进行高速动态仿真。仿真结果表明:在高速行驶下的四轮转向车辆操纵稳定性优于前轮转向车辆，系统具有良好的动态特性，更能有效地提高车辆瞬态操纵稳定性和安全性。[10]1.2国外汽车设计与空气动力学的研究现状2014年雅典国家技术大学的C.I.Chatzikomis和K.N.Spentzas把没有装备控制系统的汽车与装备ESC的汽车、装备四轮转向系统的汽车、同时装备ESC和四轮转向系统的汽车做对比，结果发现配备ESC和4WS的车辆在所有的实验一致更好的结果。[11]2014年ChangfangChenandYingminJia本文研究了非线性车辆模型由三个自由度的输入输出解耦控制。准线性的技术被用来简化该车辆模型，它保留纵向加速度/制动力的内在耦合效应，转向角和车辆状态。通过选择组合的控制输入，输入-输出映射车辆动力系统的重建。基于该模型，输入输出耦控制器被提出。此外，一个渐近稳定观察者提出的修饰形式中值定理是用来设计的观察员有界雅克比非线性车辆系统。观测器增益可以通过求解线性矩阵不等式得到。几个仿真进行，以显示车辆的操控性和稳定性的改善是由于输入-输出解耦控制。[12]54总结与展望文中引用和参考的文献数量有限，但还是可以看出国内目前在汽车四轮转向方面的研究方法的使用日渐趋于成熟，研究内容也逐渐多元化并细节化，有关汽车汽车四轮转向的理论基础也日渐丰富。当今社会，道路交通设施不断完善，汽车的新技术也不断涌现。汽车的保有量也越来越多，如何能够在拥挤的道路上保障人车的顺利通过及安全，是需要亟待技术革新的。被动安全已经不能满足人们的需要，主动安全受到了人们越来越高的重视。四轮转向技术是一种可以与ABS、TCS、ASR等技术相媲美的技术。它可以使车辆在低速时改善其机动性，获得更小的转弯半径，使其在拥挤的街道上灵活自如的通过。它可以使车辆在高速时改善稳定性和循迹能力，提高汽车防侧滑的能力。6参考文献[1]朱智超、田丽娟，线控四轮转向系统的研究综述及技术总结，轻型汽车技术2012（5/6）[2]桂林、任燕，四轮转向汽车电子控制技术，电子技术，2012（09）[3]李辰旸、罗文广，四轮转向汽车最优转向控制研究，计算技术与自动化，2013（12）[4]杜峰、闫光辉，主动四轮转向汽车最优控制及闭环操纵性仿真，汽车工程，2014（07）[5]党涛，四轮转向技术在牵引汽车中的应用，汽车实用技术，2014（11）[6]刘贺、董皓，四轮转向电动汽车车架的设计与有限元分析，汽车实用技术,2014（09）[7]兰志宇、田韶鹏，四轮转向汽车操纵稳定性分析研究，农业装备与车辆工程，2012（04）[8]沈峘、谭运生，考虑后轮主动转向的驾驶员模型研究，仪器仪表学报，2013(12)[9]郑凯锋、陈思忠，基于线控技术的四轮转向全滑模控制，东南大学学报，2013(03)[10]羊玢、陈宁，基于驾驶员模型的4WS车辆操纵稳定性研究，机械科学与技术，2014（04）[11]C.I.Chatzikomis、K.N.Spentzas，ComparisonofavehicleequippedwithElectronicStabilityControl(ESC)toavehiclewithFourWheelSteering(4WS)，ForschIngenieurwes2014（04）[12]ChangfangChenandYingminJia，NonlinearDecouplingControlofFour-Wheel-SteeringVehicleswithanObserver，nternationalJournalofControl,Automation,andSystem，2012（02）7