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线控转向前轮转角控制策略研究Researchoncontrolstrategyoffrontcornerofsteer-by-wirevehicle胡乐乐1，时岩1，蔡焱焱2，李桂银1，陈佼1HULe-le1,SHIYan1,CAIYan-yan2,LIGui-yin1,CHENJiao1（1.南京理工大学机械工程学院，南京210094；2.山东理工大学交通与车辆工程学院，淄博255049）摘要：针对线控转向技术中汽车高速转向的稳定性问题，采用基于理想传动比的前馈和基于状态跟踪的反馈补偿的控制策略对前轮转角进行了研究，以确定不同车速下的最佳前轮转角，实现车辆的安全转向。前馈控制中理想传动比是采用分割速度区间的方法确定，反馈补偿控制是采用以横摆角速度和质心侧偏角为状态变量的线性二次最优控制，并运用虚拟样机技术，在高速、低附着路面工况下进行联合仿真，验证了控制策略的可行性和稳定性。关键词：线控；前轮转角；理想传动比；最优控制；虚拟样机中图分类号：TH215文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)01(下)-0021-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.01(下).070引言速度下都能获得理想的瞬态响应，防止车辆侧滑线控转向的前轮转角可以实现自动调整，具和甩尾，削弱大侧向风干扰影响等，实现车辆的[3]有提高汽车灵活性和侧向稳定性的优点，因此线稳定转向。控转向是当今转向系统研究开发的一个重要方1.1基于理想传动比的前馈控制算法向。线控转向是通过控制系统ECU主动地对前轮转目前理想传动比大多是采用在整个车速范围角进行控制，从而调节前轮侧向力和力矩，达到提内保持稳态横摆角速度增益不变的方法确定。汽高汽车操纵稳定性的目的[1]。线控转向取消了转向车在低速行驶时侧向加速度很小不会发生侧滑和盘和转向器之间的机械连接，由ECU直接控制执行甩尾，因此基于稳态横摆角速度增益不变的确定电机驱动前轮转向，因此采用合适的前轮转角控制方法是合理的。但是一旦汽车处于高速行驶时，策略以实现汽车的理想转向显得尤为重要[2]。轮胎的侧向力很容易达到饱和，汽车很容易发生理想传动比的确定是线控转向的核心技术，侧滑和甩尾，此时传动比的确定应该更加注意对目前的线控转向技术研究中，理想传动比的确定侧向加速度的考虑。大多只考虑横摆角速度，对高速转向过程中的侧设计的变传动比是基于汽车的线性二自由度向加速度考虑较少。此外，高速转向过程中如何动力学模型，并且是在不同的速度区间使用不同保证行驶稳定性也是需要重点考虑的问题。本文方法确定的，这样可以更有效的保证汽车在整个综合考虑上述因素，研究了在非稳态工况下高速速度区域内的行驶稳定性。低速时，汽车的侧向转向最佳前轮转角的控制策略，并采用虚拟样机加速度易控制，因此选用的方法是基于稳态横摆技术验证了其可行性。角速度增益的方法。高速时选用的是基于稳态侧1前轮转角控制策略向加速度增益的方法。考虑到汽车在中速行驶的工况是汽车行驶最多的工况，在中速时采用稳态线控转向的前轮转角控制，包括前馈控制和横摆角速度增益和稳态侧向加速度增益联合控制反馈补偿控制。前馈控制指为实现理想的转向特的方法。性，根据车况和驾驶员需要确定理想传动比，主基于线性二自由度汽车模型，横摆角速度r动控制前轮转角，改善车辆在不同车速下的操纵和前轮转角有：性和安全性。反馈补偿控制指由横摆角速度、质uL//uLr心侧偏角等车辆状态参数对前馈控制得到的前轮mab2(1)s21Ku1(2)u转角进行补偿，确保车辆在各种附着系数路面和Lk21k收稿日期：2013-09-16基金项目：江苏省自然科学基金项目（BK20130757）作者简介：胡乐乐（1990-），女，硕士，研究方向为车辆测试与电子控制。第36卷第1期2014-01(下)【21】式中：K为稳定性因数；L为轴距，m为整车的工况为u=22.35m/s。根据式（3）可以得到侧向加质量，u为车速，a、b为前后轴到质心的距离，速的稳态增益范围是3.5s-2~7s-2。选取的稳态横摆角-1-2mab。速度增益为0.18s，稳态侧向加速度增益为3.8s。k1、k2为前后轮的侧偏刚度，且K2()Lk21k将速度区间划分为：0~20Km/h，20~61Km/h，汽车在稳态行驶时有v=0，由此可知汽车稳61~101Km/h，101~115Km/h，115Km/h以上。当车态行驶时的侧向加速度ay为：速小于20km/h时，设置角传动比的最小值，从而auyr(2)避免传动比过小，带来的转向轮对于转向盘转动由上述的式（1）和式（2）可以得到汽车稳态过于敏感的缺陷；当车速大于115km/h，设置上限ay值，使得实际车辆反应不至于过于迟钝。通过实际行驶时，其侧向加速增益，以符号