主動前輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)研究

　　在主動轉(zhuǎn)向防側(cè)翻的控制中，由于附加轉(zhuǎn)角的存在，會影響車輛按照駕駛員意圖行駛的能力，因此控制策略中應(yīng)由一個關(guān)于汽車行駛時車道保持能力的控制方法，如采用主動制動的方法。由于車輛側(cè)翻的危害性比較大，因此這類控制一般都遵循了側(cè)翻控制優(yōu)先于車道跟隨的原則。

　　2.4 可變轉(zhuǎn)向傳動比的控制

　　操縱穩(wěn)定性實際上是一個人車路閉環(huán)系統(tǒng)的特性，操縱穩(wěn)定性的好壞最終決定于駕駛員感受，因而在主動前輪轉(zhuǎn)向的控制中，如何提高駕駛員操縱的安全性和舒適性也成為提高系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的一個重要因素。在傳統(tǒng)汽車上，從方向盤到車輪的傳動比是一個定值。在低速時，車輛如在泊車停靠等工況下，或者由于障礙物而突然變道時，需要駕駛員大幅、快速操縱方向盤，增加了駕駛員的身體負擔(dān)。相反，在高速時，由于車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)增益加大，較小的方向盤轉(zhuǎn)角就會產(chǎn)生較大的側(cè)向加速度，增加了駕駛員的精神負擔(dān)。可變轉(zhuǎn)向傳動比可有效地解決上述問題。一般來說，變轉(zhuǎn)向傳動比控制中轉(zhuǎn)向傳動比的變化主要取決于兩方面的因素：車速和方向盤轉(zhuǎn)角。隨著車速的升高，轉(zhuǎn)向傳動比增加，隨著方向盤轉(zhuǎn)角的增大，轉(zhuǎn)向傳動比減小，如圖8所示。這樣，可以使得駕駛員在低速時轉(zhuǎn)向輕便而高速時操縱穩(wěn)定。在目前的主動前輪轉(zhuǎn)向控制中，許多控制算法都把可變轉(zhuǎn)向傳動比控制作為一個前饋環(huán)節(jié)，同反饋環(huán)節(jié)一起改善車輛的操縱穩(wěn)定性。在機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變傳動比是通過轉(zhuǎn)角疊加的方式實現(xiàn)的，其輸入、輸出關(guān)系如下：

　　式中：Wsw為方向盤輸入轉(zhuǎn)角，Wring為主動齒輪輸入轉(zhuǎn)角，α1、α2為兩者疊加的比例系數(shù)。

　　3 主動前輪轉(zhuǎn)向動力學(xué)控制展望

　　由于車輛橫擺角速度和側(cè)向加速度通過輪胎的側(cè)向力耦合，利用主動轉(zhuǎn)向通過側(cè)向力來改善車輛的操縱穩(wěn)定性必然面臨無法解決的矛盾，即側(cè)向加速度與橫擺角速度無法同時達到比較理想的優(yōu)化狀態(tài)。如何理解這一矛盾的性質(zhì)以及如何實現(xiàn)車輛側(cè)向運動和橫擺運動的綜合改善從而進一步提高車輛的操縱穩(wěn)定性，將是需要我們深人思考和研究的問題。

　　由于輪胎本身存在側(cè)向力飽和的情況，因此主動轉(zhuǎn)向極限工況下作用非常有限。車輛的操縱穩(wěn)定性不僅可以通過轉(zhuǎn)向來影響，而且可以通過縱向運動(驅(qū)動、制動)的控制產(chǎn)生的直接橫擺力矩來影響，同時，它還與車輛的懸架系統(tǒng)特性有著密切的關(guān)系。因此，主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與各系統(tǒng)間的集成控制就成為未來的必然選擇。通過集成控制，可以將各系統(tǒng)對操縱穩(wěn)定性影響的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，最大限度地提高車輛在極限工況下的穩(wěn)定性。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了一些主動前輪轉(zhuǎn)向與其他系統(tǒng)的集成控制方案，比較多見的是主動前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩控制的集成，以及主動前輪轉(zhuǎn)向與主動懸架的集成等。

　　圖9所示為主動前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩控制的集成控制系統(tǒng)的控制算法框圖。該控制系統(tǒng)可以提高車輛穩(wěn)定性，拓寬極限行駛區(qū)域，減小轉(zhuǎn)向幅度，更少產(chǎn)生由于制動干預(yù)引起的急劇減速，從而使車輛行駛安全性、舒適性得到大大提高。

　　圖10所示為豐田公司提出的一種主動轉(zhuǎn)向和主動懸架集成控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由前輪轉(zhuǎn)向控制單元和阻尼力控制單元組成。分為正常模式和運動模式，通過一個開關(guān)來進行選擇。在運動模式中，轉(zhuǎn)向傳動比更小，減振器的阻尼力大于正常模式。在兩種模式下，轉(zhuǎn)向力的感覺是相同的。