考虑车辆横向稳定性的线控转向系统自适应终端滑模控制研究

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近年来,由于汽车工业在智能网联技术与无人驾驶领域的深入探索,人车交互的主动安全控制显得尤为重要,而线控转向技术作为自动驾驶的不可或缺技术之一,其性能的可靠性与智能汽车的主动安全以及驾乘体验密切相关。因此为提升车辆的转向系统操纵性与行驶稳定性,本文在径向基函数网络与终端滑模的理论基础上,以线控转向系统为研究对象探讨了相应的控制策略,其中本文所讨论的相关内容可描述为以下几点:第一,对所涉及的受控对象进行建模分析,作为控制器设计的基础。研究并分析了线控转向系统的主要构成及运作原理,进而搭建线控转向系统的动力学模型;考虑转向系统运行时的未知动态干扰,根据传动比关系线控转向系统执行机构动力学模型简化为等效二阶综合控制模型;考虑两轴四轮的平面车辆模型,根据所设立的前置条件简化构建线性单轨模型。第二,基于线控转向系统设计了一种双层控制方案,即为下层的前轮转角跟踪控制与上层的车辆横向稳定性控制。首先便是基于线控转向执行系统研究前轮转角的控制,在下层控制中考虑了一种新型的自适应全局快速终端滑模控制策略,其中自适应部分为径向基函数网络。由于线控转向系统所存在的未知扰动,因此利用径向基函数网络进行在线自适应逼近,同时基于终端滑模理论来设计前轮角跟踪控制器,使得车辆能精确跟踪前轮转角的参考信号。第三,在探讨了前轮转角控制策略之后,接着讨论了一种基于质心侧偏角观测器的车辆横向稳定性控制器。考虑到质心侧偏角在车辆行驶途中难以被测量,在重新构造四轮双轴车辆动力学模型基础上,本文根据扩展卡尔曼滤波原理,利用横向加速度与横摆角速度的在线反馈构造了质心侧偏角观测器。其次,根据质心侧偏角与横摆角速度的动态反馈,本文考虑了一种自适应积分终端滑模控制方案来保证车辆的横向稳定性控制。第四,基于MATLAB/Simulink与Car Sim车辆动力学模型搭建算法验证平台,验证文章中所涉及的目标控制方案的可靠性,最后通过对仿真性能的结果分析,表明目标算法能对受控对象进行有效控制,能较好地保证车辆的横向稳定性与转向性能。
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