主動前輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)研究
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
近年來，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，一種以往多用于電機控制的擾動觀察器控制方法被移植到了車輛橫擺角速度控制中。該控制方法的基本原理如圖5所示，利用擾動觀察器理論建立的反饋補償器，通過反饋補償器根據(jù)車輛包含擾動的實際橫擺角速度生成一個補償轉(zhuǎn)角，疊加到車輛的輸入轉(zhuǎn)角上，從而實現(xiàn)對車輛橫擺角速度的控制。反饋補償器的表達式如下：
從表達式中可以看出，所謂的擾動觀察器其實質(zhì)是利用車輛的反向動力學傳遞模型，通過車輛的實際橫擺角速度來計算車輛的名義前輪轉(zhuǎn)角，進而通過與實際前輪轉(zhuǎn)角求差來得到抵消橫擺擾動的轉(zhuǎn)角來進行控制。由于控制過程中橫擺角速度信號會遇到噪聲信號，故一般擾動觀察器都帶有一個低通濾波環(huán)節(jié)。低通濾波環(huán)節(jié)同時還有改變反向動力學模型分子分母階次的作用，使其在控制上可以實現(xiàn)?；跀_動觀察器的橫擺角速度控制具有結(jié)構(gòu)簡單，含義清晰，對外界擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強的魯棒性特點。理論和實驗證明擾動觀察器的控制結(jié)構(gòu)更適合進行橫擺穩(wěn)定性控制，成為未來橫擺角速度控制發(fā)展的一個方向。2.2 D*控制
D*控制(或稱為橫擺角速度和側(cè)向加速度的綜合控制)源于四輪轉(zhuǎn)向控制中對后輪轉(zhuǎn)向的控制策略，是一種對車輛的橫擺角速度和側(cè)向加速度進行綜合控制的方法。在該控制中，控制的反饋量不再只有橫擺角速度，而是橫擺角速度與側(cè)向加速度的線性組合，如式(3)所示。
式中：Cy為側(cè)向加速度，VY為車速與橫擺角速度的乘積，兩者量綱一致，從這里可以看出，D*控制是一種側(cè)重于側(cè)向運動控制的控制方法。
D*控制框圖如圖6所示，其中D*由理想車輛模型推出的與車速有關(guān)的比例系數(shù)與駕駛員輸入的轉(zhuǎn)角求得。CFF(s)為前饋控制傳遞函數(shù)，主要實現(xiàn)的是隨車速改善車輛響應(yīng)增益，CFS(s)為反饋控制環(huán)節(jié)，用來生成附加轉(zhuǎn)角。
與橫擺角速度反饋控制相比，D*控制可以進一步提高車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，在抑制擾動的同時，提高車輛軌跡跟蹤的能力，在側(cè)向運動要求比較高的工況下(如：低附著系數(shù)路面雙移線，側(cè)向陣風直線行駛)效果較好。
2.3 側(cè)傾穩(wěn)定性控制
在車輛行駛過程中，高速過彎、緊急避讓和側(cè)向陣風的干擾都有可能直接導致車輛側(cè)翻，另外，重心偏高的車輛也特別容易發(fā)生側(cè)翻。還有，當駕駛員對車輛的側(cè)向穩(wěn)定性做出錯誤估計時，也會導致車輛側(cè)翻的發(fā)生。側(cè)向加速度是影響車輛側(cè)向穩(wěn)定性的主要因素，通過主動轉(zhuǎn)向可有效地影響車輛的側(cè)向加速度從而控制車輛的側(cè)傾。一般來說，車輛的防側(cè)翻控制采用一個指示車輛側(cè)傾狀態(tài)的闕值，當檢測到的側(cè)傾狀態(tài)超過闕值，則觸發(fā)防側(cè)翻控制。闕值可以是重心處的側(cè)向加速度、車輛側(cè)翻系數(shù)或者載荷轉(zhuǎn)移系數(shù)等。
圖7所示為基于主動轉(zhuǎn)向和制動集成控制的控制系統(tǒng)圖。圖中只為側(cè)翻系數(shù)，是由車輛的輪寬和簧載質(zhì)量重心處的側(cè)向加速度來求得。當，|R|1時，意味著車輛側(cè)向穩(wěn)定，而當R=±1時，則意味著車輛左側(cè)或右側(cè)的車輪將抬離地面。該控制有兩種模式，當|R|0.9時，車輛正常行駛，控制系統(tǒng)處于連續(xù)操縱轉(zhuǎn)向控制模式，附加轉(zhuǎn)角根據(jù)對側(cè)傾阻尼的優(yōu)化策略產(chǎn)生，可以有效減小轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的側(cè)傾，抑制處于車輛側(cè)傾共振頻帶內(nèi)的外界擾動。當，|R|≥0.9時，車輛處于側(cè)傾危險狀態(tài)，控制系統(tǒng)進入緊急轉(zhuǎn)向控制模式，此時附加轉(zhuǎn)角δR=kR(|R|-0.9)，可以有效增大車輛轉(zhuǎn)彎半徑，同時系統(tǒng)進行一定的緊急制動操作，進一步降低車速，從而避免車輛發(fā)生側(cè)翻。
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