分 类 号 ： U461.6密 级 ：单 位 代 码 ： 10433学 号 ： Z1111332山东理工大学硕士学位论文基于线控技术的主动前轮转向的控制策略研究与实验验证CONTROL STRATEGIES RESEARCH ANDEXPERIMENTAL VERIFICATION OF ACTIVE FRONTSTEERING BASED ON X-BY-WIRE研 究 生 ： 蔡焱焱指 导 教 师： 王树凤 副教授协 助 指 导 教 师 ： 王建春 高工申 请 学 位 门 类 级 别 ： 工 程 硕 士学 科 专 业 名 称 ： 车 辆 工 程研 究 方 向： 车辆系统动力学论 文 完 成 日 期 ： 2013 年 4 月 15 日独 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 山 东 理 工 大 学 或 其 它 教 育 机 构 的 学 位或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均 已 在 论 文中 作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。研 究 生 签 名 ： 时 间 ： 年 月 日关于论文使用授权的说明本 人 完 全 了 解 山 东 理 工 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学 校 有 权 保留 送 交 论 文 的 复 印 件 和 磁 盘 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ； 学 校 可 以 用 不 同 方 式 在 不 同媒 体 上 发 表 、 传 播 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制手 段 保 存 、 汇 编 学 位 论 文 。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议 )研 究 生 签 名 ： 时 间 ： 年 月 日导 师 签 名： 时 间 ： 年 月 日山 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要摘 要主动前轮转向是指前轮转角可以实现自动的调整，其具有提高汽车灵活性和侧向 稳 定 性 的 优 点 ， 因 此 主 动 前 轮 转 向 是 当 今 转 向 系 统 研 究 开 发 的 一 个 重 要 方 向 。 很多 主 动 转 向 系 统 的 研 究 者 只 是 设 计 基 于 线 性 二 自 由 度 汽 车 模 型 的 角 传 动 比 曲 线 ， 没有 设 计 该 系 统 的 控 制 器 ， 也 没 有 对 主 动 转 向 系 统 进 行 极 限 工 况 分 析 。鉴于这种情况，本文对路感控制策略和前轮转角控制策略进行研究，并对汽车在 两 种 不 同 附 着 系 数 的 路 面 上 进 行 仿 真 分 析 ， 最 后 用 模 型 车 验 证 主 动 转 向 的 优 势 。本 文 主 要 的 研 究 工 作 如 下 ：（ 1） 对 线 性 二 自 由 度 汽 车 模 型 进 行 研 究 ， 建 立 带 有 前 轮 调 整 转 角 的 主 动 转 向汽 车 状 态 方 程 。 运 用 ADAMS/Car 建 立 了 主 动 前 轮 转 向 汽 车 的 虚 拟 样 机 模 型 ， 为 联合 仿 真 提 供 模 型 基 础 。（ 2） 采 用 分 割 速 度 的 方 法 对 线 性 二 自 由 度 汽 车 模 型 的 角 传 动 比 进 行 研 究 。 通过 仿 真 分 析 ， 设 计 具 有 上 限 和 下 限 的 变 角 传 动 比 曲 线 。（ 3） 以 EPS 的 方 向 盘 转 矩 理 想 值 为 目 标 ， 研 究 路 感 控 制 策 略 ， 通 过 仿 真 验 证控 制 策 略 的 有 效 性 。（ 4） 以 线 性 二 自 由 度 汽 车 模 型 的 稳 态 横 摆 角 速 度 和 零 质 心 侧 偏 角 为 控 制 目 标 ，设 计 前 轮 转 角 最 优 控 制 器 。 搭 建 ADAMS/Car 和 MATLAB/Simulink 联 合 仿 真 平 台 ， 仿真 结 果 表 明 ： 设 计 的 变 角 传 动 曲 线 能 够 满 足 要 求 ； 设 计 的 前 轮 转 角 控 制 器 对 汽 车 在两 种 不 同 附 着 系 数 路 面 上 的 控 制 都 有 效 。（ 5） 在 模 型 车 控 制 板 的 硬 件 设 计 和 软 件 设 计 完 成 之 后 ， 利 用 此 板 对 模 型 车 进 行实 验 ， 行 驶 轨 迹 表 明 主 动 转 向 系 统 能 保 证 汽 车 低 速 行 使 时 的 转 向 灵 活 性 和 高 速 行 使时 的 操 纵 稳 定 性 。关键词：主动前轮转向系统；变角传动比；最优控制；联合仿真I山 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACTABSTRACTThe Active Front Steering System (AFS) which can adjust the front wheel steeringangle automatically has advantages of improving flexibility and lateral stability ofvehicle, therefore the AFS is an important research direction of steering systemnowadays. Many researches designed the curve of angle drive ratio based on the liner2DOF model of vehicle; they have not designed the controller of the system and analyzedthe performance of AFS under limiting conditions.In view of this situation, this paper studies the control strategy of road feeling andfront wheel angle, and the simulation on vehicle is carried out in two different attachmentcoefficient roads, finally the model vehicle is used to verify the superiority of AFS. Inthis paper, the main research works are as follows:(1) This paper studies the liner 2DOF model of vehicle, and establishes the stateequations of AFS vehicle with adjustment angle. The virtual prototype model of vehiclewith AFS is established in ADAMS/Car, it lays a foundation for Co-simulation.(2) The angle drive ratio of the liner 2DOF vehicle model is studied by using themethod of segmentation speed. The curve of angle drive ratio with upper and lowerlimits is designed in accordance with the results of simulation.(3) This paper designs the control strategy of road feeling, which is based on theideal torque values of steering wheel in EPS, and verifies the validity of the controlstrategy by the application of simulation.(4) We consider the steady-state yaw velocity and zero mass-center side-slip anglein the liner 2DOF vehicle model as target to design the optimal controller of front wheelangle. This paper builds the Co-simulation platform of ADAMS/Car andMATLAB/Simulink, the results of Co-simulation show that: the designed curve of angledrive ratio in this paper meets the requirements; the designed controller of front wheelangle is valid in two different attachment coefficient roads.(5) After accomplishing the hardware and software of control board in vehiclemodel, we conduct experiments on the vehicle model by using this control board, thetrajectories of vehicle model prove that AFS can ensure the flexibility of vehicle at lowspeed and handling stability at high speed.Key words: Active Front Steering System (AFS); angle drive ratio; optimal control;Co-simulationII山 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 目 录目 录摘 要 .IABSTRACT . II第 一 章 绪 论 .