线控转向系统的无模型自适应控制

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汽车作为日常出行的代步工具,其驾驶舒适性和行车安全性是评价一辆汽车性能优劣的重要指标。汽车转向系统是整车系统的关键组成部分,汽车横向运动的稳定控制对汽车的行驶安全至关重要。线控转向(Steering-by-Wire,SBW)系统是一种新兴的汽车转向系统,该系统摆脱了机械转向系统的部件束缚,采用电控技术实现汽车的转向控制。线控转向控制策略对SBW汽车的转向性能起决定性作用,本文以线控转向系统为研究对象,针对其控制策略开展如下研究。本文首先阐述了线控转向系统的结构组成及其相关性能特点,在分析系统工作原理的基础上建立了线控转向系统动力学模型,并通过Car Sim平台完成线控转向整车模型的构建。随后本文对无模型自适应控制(Model-free adaptive control,MFAC)算法进行了研究分析,提出了采用智能群优化算法对MFAC相关参数进行系统整定的方案,设计了基于免疫粒子群算法的MFAC控制器,有效地解决了MFAC算法中相关参数多凭经验进行整定而缺乏系统整定方法的问题。其次,对传统汽车的机械转向特性进行研究,通过分析汽车稳态转向增益对车辆横向控制的影响进而引入理想变传动比概念。在此基础上,为了避免基于理想变传动比控制策略的SBW汽车在实际应用中出现“未建模动态”等问题,充分利用汽车转向系统的输入输出数据,提出了基于改进控制率的无模型自适应SBW控制方案。研究了IMFAC(Improved model-free adaptive control,IMFAC)控制器中相关参数对SBW汽车整车操纵性的影响,并对基于IMFAC的SBW系统进行稳定性分析。通过仿真实验验证了改进无模型自适应SBW控制策略的有效性,汽车转向性能得到有效改善。最后,在基于IMFAC的SBW汽车系统基础上,考虑驾驶员行为特性,建立预瞄最优曲率模糊PID驾驶员模型,进而构建基于驾驶员模型及IMFAC的SBW汽车“人-车-路”闭环系统。选择典型实验工况,结合驾驶员状态反馈信息对SBW汽车闭环系统进行仿真实验。实验结果表明,基于驾驶员模型及IMFAC的SBW人-车-路闭环系统较为精准地实现了转向操作,有效地提高了汽车的操纵稳定性和行车安全性。
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