汽车四轮转向控制方法研究及模型车试验系统设计

摘要

四轮转向(简写为4WS)控制技术就是在汽车行驶转向时通过引入一定的后轮转向来增强汽车在高速行驶或者在侧向风力作用下的操纵稳定性、行驶安全性及改善低速时汽车的机动灵活性。对国内外现有建模方法和已建模型以及控制策略研究趋势进行分析知，由于汽车的行驶条件及运行工况比较复杂，仅采用单一控制方法难以取得好的控制效果，所以选取多模式控制策略为本文4WS控制研究的主要方向。通过对已有基于模糊选择器的多模式控制策略进行深入研究，并重新对其中的三种控制方法分别进行高速转弯和低速转弯条件下的MATLAB/SIMULINK仿真对比，得出多模式控制策略能够使四轮转向汽车在某一工况下控制效果达到最好的备选控制方法得到发挥。考虑到其中高速转弯的备选控制方法——模型参考自适应控制方法实现难度较大，所以重新设计一种使用参数自调节模糊PID控制方法作为4WS高速转弯时的备选控制方法，运用已建三自由度4WS模型对控制方法进行计算机仿真，并对比仿真结果，指出现有的4WS控制仿真多是建立在线性模型基础上的计算机仿真，若想检验控制方法的实际效果需要进行物理实验。
　　 基于物理模型4WS汽车的实验需要对控制器、模型车和控制软件进行设计。本文作者在对已有硬件控制器进行调试的过程中，对其硬件电路设计中的失误进行了深入分析，提出解决办法，同时完成传感器部分的选择和设计。利用UG三维设计软件和机电一体化知识对模型车的行驶系、传动系和转向系进行了设计，并利用计算机进行优化计算。此外还对基于模型车的4WS控制实验系统的上位机控制界面、基于CC1110芯片的无线通信软件和DSP主控芯片的软件部分进行了设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文研究课题的提出

1.2国内外研究现状

1.3课题的研究目的及意义

1.4本论文的主要研究内容

第二章 4WS建模方法及已建数学模型分析

2.1国内外关于4WS系统建模的现状

2.2常见4WS模型建立方法

2.2.1牛顿矢量力学原理建模法

2.2.2拉格朗日方程建模法

2.2.3虚功率原理建模法

2.2.4高斯原理建模法

2.2.5虚拟样机技术建模

2.2.6几种建模方法的比较

2.3已建不同自由度4WS模型

2.3.1汽车4WS线性二自由度模型

2.3.2汽车4WS三自由度模型

2.3.3汽车4WS四自由度模型

2.3.4用ADAMS软件建立整车多体动力学模型

2.3.5几种已建模型的分析比较

2.4本章小结

第三章 一种新型控制方案的研究

3.1 4WS控制方法概述

3.1.1控制策略的研究及发展

3.1.2控制理论的运用

3.2基于模糊选择器的多模式4WS控制策略

3.2.1仿真模型

3.2.2总体控制思想

3.2.3备选控制方案

3.2.4行驶工况分类及模式选择

3.2.5模糊选择器的设计

3.2.6仿真结果

3.3基于模糊PID控制的4WS汽车高速转弯控制方案

3.3.1 PID控制、模糊控制与模糊PID控制

3.3.2基于模糊PID的4WS控制基本思想

3.3.3 4WS汽车转向稳态响应分析

3.3.4模糊PID控制目标参数的选定

3.4 4WS汽车高速转弯模糊PID控制方案计算机仿真

3.4.1模糊PID控制器的设计

3.4.2仿真结果及分析

3.5本章小节

第四章 4WS模型车设计

4.1设计平台简介

4.2模型车行驶系设计

4.2.1车架的设计和结构分析

4.2.2车桥及悬架设计

4.2.3轮胎的选用及改造

4.3模型车传动系统设计

4.3.1减速机构传动比计算

4.3.2动力系统分析

4.3.3电子差速器的理论及实现方法

4.4前轮转向系统设计

4.4.1前轮转向梯形优化设计

4.4.2前轮转向电机驱动力校核及转向系统响应分析

4.5后轮转向系统设计分析

4.5.1后轮转向机构设计分析

4.5.2转向电机驱动力校核

4.6本章小结

第五章 4WS控制器硬件电路分析及改进

5.1硬件电路总体设计方案

5.2模型四轮转向汽车控制系统硬件

5.3 DSP主控制器

5.3.1主控芯片

5.3.2 DSP最小系统电路

5.3.3控制信号输出电路

5.3.4传感器信号输入电路

5.4无线通信模块

5.4.1上位机无线模块

5.4.2车载无线模块

5.5硬件电路调试方法

5.5.1调试工作前常规检查步骤

5.5.2电路硬件调试注意事项

5.5.3硬件调试故障一般解决办法

5.6电子控制单元改进

5.6.1外部存储器的添加

5.6.2去耦电容布置位置改正

5.6.3驱动电路线宽的改变

5.6.4 7805发热问题的解决

5.7传感器部分设计

5.7.1转角传感器

5.7.2转速传感器

5.7.3车身状态传感器

5.8本章小结

第六章 4WS控制系统软件设计

6.1上位机程序

6.1.1开发环境Labview简介

6.1.2模型车控制系统界面设计

6.2无线模块通信程序

6.2.1 CC1110射频通信模块开发环境

6.2.2主程序

6.2.3自检子程序

6.2.4串口通信子程序

6.2.3无线收发程序

6.3车载数字控制器程序

6.3.1开发环境CCS简介

6.3.2主程序

6.3.3车身信息发送程序

6.3.4中断子程序

6.3.5模糊PID控制子程序

6.3.6电子差速子程序

6.3.7其他子程序

6.4本章总结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2本文创新点

7.3问题与展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的论著及取得的科研成果