驾驶员四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究(6)

南京航空航天大学硕士学位论文情况，ｃ和ｄ为四轮转向情况。由图可见，四轮转向汽车的姿态得以控制，汽车的方向角与姿态角重合，提高了汽车的侧向稳定性。Ｄ．ｆ，ｌ∞ｆ柏Ｖ咿毡Ｄｔｆｃ）晒图３．７两轮转向与四轮转向的对比Ｃａ）两轮低速转向（ｃ）四轮低速转向（ｂ）两轮高速转向（ｄ）四轮高速转向高速行驶时，若前、后轮转向相同，前轮转向车和后轮转向车所产生的车辆重心侧偏角方向相反。若将车辆系统近似为线性系统，前、后轮同时转动，则车辆重心侧偏角稳态值将减小，在车辆转弯过程中适当调整前后轮的转角大小就可以使得车辆重心侧偏角的稳态值为零。高速转向运动时车辆重心侧偏角的稳态值为零是四轮转向车辆的一个公认的优越性。低速行驶时，前、后轮转向方向相同，前轮转向车和后轮转向车所产生的车辆重心侧偏角方向也相同，其叠加的效果只能使得侧偏角的稳态值增大１３】。同理，若前、后轮转向相反，车速高时前轮转向车和后轮转向车所产生的车辆重心侧偏角方向相同，车速低时相反【３Ｊ０本文所采用的四轮转向汽车的控制方式为前馈型控制方式。图３．８所示为前馈型四轮转向系统，后轮转角６，取决于前轮转角６，大小，而汽车的运动状态靠驾驶员来进行反馈控制。因此这种系统能够修正转向以抵御侧向风和路面激励２１驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究等外部干扰。即使在松开转向盘时，转向回正力矩的作用也能使四轮转向比两轮转向更迅速地趋于稳定１３”。图３．８前馈型四轮转向系统三种基本的前馈控制方式可表达为：６Ｆ＝６。｜ｔＩｆ６ｒ２６，／ｉ８ｌ一６。／ｉ’６０｛Ｂ２Ｒ６ｆ６ｒ＝Ｒ６ｆ一６ｆＴｒ６，＝Ｒ６，一６，ｒ本文采用第一种控制方式，对于这种控制方式，令Ｒ：——堡时，可—ｂ十ｍａ“２口＋丝“２ｋｌｆ保证稳态下的车体侧偏角恒为零［３”。图３．９为四轮转向控制参数Ｒ与车速的关系。图３．９四轮转向控制参数Ｒ与车速的关系南京航空航天大学硕士学位论文由图３．９可见，要想保持汽车质心处侧偏角为零，控制参数Ｒ必须随着车速的增加由负变为正，即汽车在低速时前后轮转角反向，高速时前后轮转角同向。下节将从系统与控制理论的角度来考察这一现象。３．４驾驶员～四轮转向汽车闭环系统的运动稳定性分析本节以驾驶员一比例控制四轮转向汽车闭环系统为研究对象，分析其运动稳定性ａ同３．２节的方法一样，根据上一章所推导出的基于“预瞄最优曲率控制理论”和“预测一跟随理论”的驾驶员一四轮转向汽车闭环系统的状态方程（２－１５），利用其系统矩阵的全部特征值是否都具有负实部来判断系统的稳定性，并利用稳定性裕度来分析稳定程度的好坏。因为其系统矩阵为六阶方阵，因此在考察系统稳定性时仅需考察第六阶特征值的实部情况。轿车参数同３．２节。３．４．１不足转向情况下的运动稳定性分析图３．１０月＜０情况下的驾驶员一四轮转向汽车闭环系统的运动稳定性图３．１０和图３．１１为驾驶员一四轮转向汽车闭环系统稳定性定量分析结果。驾驶员～四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究当Ｒ＝０时为前轮转向汽车的结果。图３．１０是考察当Ｒｃ０时随着车速的增加系统的稳定性情况，图３．１１是考察当Ｒ，０时随着车速的增加系统的稳定性情况。由图３．１０可以发现在Ｒｃ０情况下，驾驶员一四轮转向汽车闭环系统特征值实部在低速时是小于零的，这说明在低速时随着车速的增加系统是稳定的；而在高速段则可以明显的发现系统特征值实部是在逐渐变大，当Ｒ一０．８时，汽车在２８０ｋｍ／ｈ的速度下系统的特征值实部已经大于零，闭环系统已经出现失稳，由此可见高速时四轮转向汽车的前、后轮转角相反是不适宜的。同样的，由图３．１１可以发现在Ｒ，０情况下，驾驶员一四轮转向汽车闭环系统特征值实部在低速时是大于零的，而且是远大于零，由此可见在低速段，前、后轮转角方向同向会导致闭环系统的失稳，而在高速段系统特征值实部都小于零，当Ｒ＝０．２时系统特征值实部先是小幅度下降接着有小幅度上升，但都在小于零的范围内变动。但并不是Ｒ越大越好，由图中可以看出当Ｒ大约为０．７８时，闭环系统特征值实部曲线全部在０以上，这时系统是完全失稳的。图３．１ｌＲ＞０情况下的驾驶员一四轮转向汽车闭环系统的运动稳定性图３．１２和图３．１３分别是当Ｒｃ０和Ｒ）．０时驾驶员一四轮转向汽车闭环系统南京航空航天大学硕士学位论文的稳定性裕度图。图３．１２的结果显示，当控制参数Ｒｃ０时，在低速段系统的稳定性裕度最大，相对远离零轴，并且变化缓慢。由此可见在低速段，前、后轮转角方向反向是有利于汽车稳定性变好，并且驾驶员能够获得较灵敏的操纵感觉。而在中、高速段系统的稳定性裕度显著迅速下降，稳定性会显著恶化，这和上一节的有关文献中的结论是完全吻合的。图３．１３的结果显示，当控制参数Ｒ，０时，当车速在５０ｋｍ／ｈ以内的低速段内闭环系统的稳定性裕度显著恶化，和高速段内系统的稳定性裕度在数量级上相差很大，这也再次说明了低速时四轮转向汽车是不宜采用前后轮同向转动这种控制方法的；而在高速段内，Ｒ＝０．２、Ｒ＝０．４、Ｒ＝０．６的稳定性裕度曲线皆在Ｒ＝０（即传统的前轮转向汽车）之上，可见在高速段内驾驶员的反馈因素对四轮转向汽车的稳定性有至关重要的作用。而当Ｒ＝０．７８时，闭环系统的稳定性裕度接近于零。系统处于临界状态。若Ｒ再大则闭环系统失稳；当Ｒ＝０．２时闭环系统稳定性在５０—１２０ｋｍ／ｈ的速度范围内都是稳定性随着车速的增加而趋好的，而当Ｒ＝０．４时闭环系统在更宽的５０—２００ｋｍ／ｈ的速度范围内稳定性裕度是随着车速的增加逐渐增加的，系统稳定性交好。车速ｕ／ｋｍｈ＂’图３．１２Ｒ＜０情况下的驾驶员一四轮转向汽车闭环系统的稳定性裕度