全轮转向五轴汽车操纵稳定性的动态控制研究

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在现代生活过程中,人们对于车辆出行的稳定性和安全性需求愈来愈高。与四轮汽车相比,多轴汽车往往承担着特殊作业任务,由于其工作环境差且自身结构特殊,多轴汽车的操纵稳定性和安全性明显较弱。多轴汽车在转向过程中车速高重心高,很多交通事故是由于转向过程中的侧向失衡导致的,因此需要一种良好的转向控制策略来提高多轴汽车的行驶稳定性。本文从如下几个方面展开。本文在ADAMS/View中建立五轴全轮转向26自由度车辆模型,在MATLAB/Simulink中建立控制模型,将两种软件的优势结合起来,能够得到更精确的试验结果。以某五轴油田钻井车为模型进行建模,其中每个车轮可独立驱动或转向,这种复杂结构存在很多自由度,对操纵稳定性的研究比较费时费力,为了方便研究,缩减模型自由度个数,建立二自由度动力学模型。基于主动后轮转向阿克曼理论可得到各车轮转角,在多轴汽车转向过程动态控制D值(转向中心到第一轴的距离),利用后轮主动转向来改善汽车操纵稳定性[1]。对于PID控制系统部分,运用不完全微分控制算法来降低系统的高频振荡,提高系统稳定性。本文基于横摆角速度的PID控制方式,即把横摆角速度的实际值与目标值的差值作为PID的控制输入来调整D(PID/D)进行动态变化。为了证明采用横摆角速度的PID控制策略能改进汽车的转向行驶特性。本文进行了操纵稳定性仿真对比试验,包括方向盘转角阶跃输入和脉冲输入试验以及蛇形试验,联合仿真得到图像并进行分析。通过进行多个联合仿真试验发现:基于PID/D的控制策略能改善五轴汽车的操纵稳定性。以蛇形试验为例,进行FD(D值固定)与PID/D控制策略仿真对比试验,PID/D控制策略的横摆角速度曲线波动范围小,且PID/D控制策略的峰值降低51.7%。
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