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基于横向位移控制4WS车辆操纵稳定性仿真研究
摘要
为提高车辆的操纵稳定性和行车安全性，本研究基于横向位移控制4WS车辆进行仿真分析。通过建立4WS车辆动力学模型，设计横向位移控制器，并使用MATLAB/Simulink软件进行仿真。研究结果表明，在横向位移较大的情况下，采用横向位移控制可以有效提高车辆操纵稳定性，降低车辆失控的风险。
关键词：4WS车辆；操纵稳定性；横向位移控制；仿真分析；MATLAB/Simulink
Abstract
Inordertoimprovethehandlingstabilityanddrivingsafetyofvehicles,thisstudyisbasedonthesimulationanalysisof4WSvehiclescontrolledbylateraldisplacement.Byestablishingadynamicmodelof4WSvehicles,designingalateraldisplacementcontroller,andusingMATLAB/Simulinksoftwareforsimulation.Theresearchresultsshowthatunderlargelateraldisplacement,lateraldisplacementcontrolcaneffectivelyimprovethehandlingstabilityofthevehicleandreducetheriskofthevehiclelosingcontrol.
Keywords:4WSvehicles;handlingstability;lateraldisplacementcontrol;simulationanalysis;MATLAB/Simulink
引言
近年来，随着汽车技术的发展，人们对车辆行驶的安全性和操纵稳定性的需求越来越高。对于传统的前驱或后驱车辆，在高速行驶时存在偏航和侧滑等稳定性问题，给驾驶员带来很大的安全隐患。为此，人们开始研究采用四轮转向（FourWheelSteering,4WS）来提高车辆的操纵稳定性和安全性。
4WS车辆具有良好的操纵稳定性和高速行驶能力，在实际应用中广受欢迎。然而，在控制4WS车辆的行驶过程中，驾驶员需要面对大量的操作，如转向、刹车、加速等，这些操作还需要考虑到车辆的动态特性和行驶环境的变化。因此，对4WS车辆进行控制优化，可以提高车辆的操纵稳定性和行驶安全性。
本研究通过建立4WS车辆动力学模型，设计横向位移控制器，并进行仿真分析。本文将从几个方面进行探讨，具体内容如下。
建模原理
本研究采用四自由度（FourDegreesofFreedom,4DOF）的动力学模型对4WS车辆进行建模。该模型包括横向运动方向的运动状态和转向角度状态。横向运动方向的状态为横向位移、侧倾角、侧向速度和侧向加速度，转向角度状态为前后轮转角和转向角速度。此外，考虑到车辆运动中的阻尼和弹性因素，本研究还包括了前后轮的悬挂和弹簧阻尼系数。
控制器设计
本研究主要针对4WS车辆的横向运动状态进行控制，具体控制方法为横向位置反馈控制。该控制器的输入为车辆的位置信号和目标位置信号，输出为前后轮的转向角度。
仿真分析
为验证控制器的有效性，本研究采用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析。仿真条件为纵向速度为80km/h，曲率半径为150m，路面粗糙度为0.1m/s^2。
研究结果
通过仿真结果发现，采用横向位移控制器能够有效提高4WS车辆的操纵稳定性。当采用横向位移控制器时，车辆的侧滑角度和侧向加速度均得到了控制，车辆操纵性更加稳定，并且降低了车辆失控的风险。此外，当横向位移较大时，横向位移控制器的控制效果更加显著。
结论
本研究通过建立4WS车辆动力学模型，采用横向位移控制器对车辆进行控制，在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析。仿真结果表明，采用横向位移控制器能够提高4WS车辆的操纵稳定性，降低车辆失控的风险，可为车辆的控制优化提供参考。同时，本研究结果可为汽车制造企业和相关研究机构提供重要参考。
参考文献
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