汽車四輪轉(zhuǎn)向研究現(xiàn)狀

1、北京信息科技大學(xué)研究生部汽車四輪轉(zhuǎn)向研究現(xiàn)狀的綜述報(bào)告學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械工程班級(jí)：研1402班學(xué)號(hào)：2014020055姓名：劉全攀指導(dǎo)教師：林慕義（教授）完成日期：2014年1月10日目錄摘要1國內(nèi)外關(guān)于汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀2國內(nèi)汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀錯(cuò)誤！未定義書簽。國外汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀4總結(jié)與展望5參考文獻(xiàn)6介紹了四輪轉(zhuǎn)向概況，并以實(shí)例展示目前國內(nèi)外汽車四輪轉(zhuǎn)向的研究發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：四輪轉(zhuǎn)向國內(nèi)外關(guān)于汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀2012年朱智超、田麗娟介紹了線控轉(zhuǎn)向的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，詳細(xì)介紹了基于線控的轉(zhuǎn)

2、向汽車的發(fā)展史，并分析了國內(nèi)研究線控轉(zhuǎn)向的進(jìn)展。在這基礎(chǔ)上研究了線控轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)，推測(cè)了技術(shù)要求，最后對(duì)線控轉(zhuǎn)向的發(fā)展進(jìn)行了展望與總結(jié)。川2012年桂林、任燕介紹了電控電動(dòng)式四輪轉(zhuǎn)向（4WS）系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)工作原理，對(duì)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向電機(jī)、整車驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及傳感器的選取做了較詳細(xì)的介紹分析。在研究現(xiàn)有4WSt控技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了在助力轉(zhuǎn)向條件下前、后輪分別由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)由電控單元（ECU）監(jiān)測(cè)控制的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。對(duì)未來四輪轉(zhuǎn)向電控技術(shù)和展趨勢(shì)做了進(jìn)一步的分析展望。22013年李辰順、羅文廣為了充分發(fā)揮四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)在改善汽車操縱穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的理想狀態(tài)進(jìn)行分析，構(gòu)建理想

3、轉(zhuǎn)向模型。依據(jù)具有二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制理論，以汽車轉(zhuǎn)向理想模型作為跟蹤目標(biāo)采用基于狀態(tài)反饋和前輪前饋的控制策略，對(duì)四輪轉(zhuǎn)向汽車后輪轉(zhuǎn)向控制規(guī)律進(jìn)行研究。利用Matlab工具，對(duì)所提出的后輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的后輪轉(zhuǎn)角最優(yōu)控制器改善汽車轉(zhuǎn)向的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，其瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量減少，穩(wěn)定時(shí)間縮短；側(cè)向滑移的穩(wěn)態(tài)值有所降低，從而提高汽車轉(zhuǎn)向的操縱穩(wěn)定性。網(wǎng)2014年杜峰、閆光輝鑒于汽車正常情況下都運(yùn)行在側(cè)向加速度較小的線性工作區(qū)域，對(duì)基于線控技術(shù)的主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車進(jìn)行了前、后輪轉(zhuǎn)角最優(yōu)跟隨控制器的設(shè)計(jì)和算法推導(dǎo)，建立了“人-車-路閉環(huán)操縱系統(tǒng)模型，并進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)仿

4、真和安全性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：基于最優(yōu)控制的主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減小車身質(zhì)心側(cè)偏角與跟蹤期望橫擺角速度的控制目標(biāo)，改善了車輛高速行駛下的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性；相對(duì)于傳統(tǒng)前輪轉(zhuǎn)向汽車與比例控制四輪轉(zhuǎn)向汽車，基于最優(yōu)控制的主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車具有更好的路徑跟隨精度和主動(dòng)安全性。42014年黨濤簡(jiǎn)述車輛四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，經(jīng)過對(duì)機(jī)場(chǎng)牽引汽車四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，提出一種新的控制方式，在隨動(dòng)輪角度跟隨基礎(chǔ)上加入汽車行駛速度控制因子，既解決了車輛高速行駛的穩(wěn)定性問題，也保證了車輛低速轉(zhuǎn)彎的靈活性。2014劉賀、董皓、張君安為更好的實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向的功能，重新設(shè)計(jì)了適合四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的車架。應(yīng)用三維軟件，通過整車虛擬裝

5、配確定了合理的四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的車架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而建立了車架的三維模型。運(yùn)用有限元分析理論，將模型導(dǎo)入軟件后，建立了車架的有限元模型，對(duì)車架在彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了分析，得出相應(yīng)工況下的應(yīng)力和應(yīng)變大??；還進(jìn)行了模態(tài)分析，避免了共振。在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并通過焊接加工得到了適合四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的車架，對(duì)以后電動(dòng)汽車底盤的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了參考。62012蘭志宇、田韶鵬為了改善汽車的操縱穩(wěn)定性，進(jìn)行了四輪轉(zhuǎn)向汽車(4ws)的仿真研究。在建立四輪轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型后，用simulink等仿真模塊對(duì)前后輪轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系的四輪轉(zhuǎn)向汽車在雙移線性能測(cè)試中進(jìn)行了仿真，分析了前輪轉(zhuǎn)向汽

6、車和不同線性比例的前后輪轉(zhuǎn)向角的四輪轉(zhuǎn)向汽車的車輪轉(zhuǎn)角和汽車的側(cè)偏角，并得出了結(jié)論：1在雙移線性能模擬仿真中，從前輪轉(zhuǎn)向到kf=0.15和kf=0.3時(shí)的四輪轉(zhuǎn)向時(shí)，后輪的轉(zhuǎn)向角從無到逐漸增大側(cè)傾角在避障的時(shí)候，呈現(xiàn)增大的曲線，具加大了汽車的側(cè)傾轉(zhuǎn)向，使汽車的轉(zhuǎn)向半徑減小，提高了汽車的轉(zhuǎn)向性能。2四輪轉(zhuǎn)向時(shí)，兩前輪的轉(zhuǎn)向角與前輪轉(zhuǎn)向汽車沒有發(fā)生太大變化，汽車轉(zhuǎn)向性能的提高主要得益于后輪角度的偏轉(zhuǎn)。在不考慮其他因素時(shí)，值越大，四輪轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向性能越好。72013年沈晅、譚運(yùn)生在兩輪轉(zhuǎn)向駕駛員模型的基礎(chǔ)上，基于前饋加反饋的后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制率，建立了一種適用于四輪轉(zhuǎn)向汽車的駕駛員模型。該模型先依據(jù)

7、四輪轉(zhuǎn)向二自由度側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型獲得駕駛員前饋校正環(huán)節(jié)采用前視預(yù)瞄偏差信息來計(jì)算期望前輪轉(zhuǎn)角。再結(jié)合駕駛員手臂和方向盤之間的交互力矩建立駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤動(dòng)態(tài)控制器。仿真結(jié)果表明：所建立的駕駛員模型可有效用于四輪轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向控制，并可為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供閉環(huán)仿真手段。82013年鄭凱鋒、陳思忠針對(duì)具有線控技術(shù)的四輪轉(zhuǎn)向車輛，設(shè)計(jì)了一種全滑?？刂破饔糜谔岣哕囕v的操縱穩(wěn)定性。以前、后車輪轉(zhuǎn)角作為控制輸入，設(shè)計(jì)全滑?？刂破魇箤?shí)際的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度跟蹤理想的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度，通過在滑模面中加入跟蹤誤差積分項(xiàng)來消除穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差不為零的現(xiàn)象，并運(yùn)用Lyapunov定理給出了

8、全滑?？刂破鞯姆€(wěn)定條件。最后通過2種車輛模型下不同工況的仿真分析，對(duì)比了傳統(tǒng)前輪轉(zhuǎn)向、常規(guī)滑?？刂频乃妮嗈D(zhuǎn)向和全滑?？刂频乃妮嗈D(zhuǎn)向的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的全滑?？刂破鞑粌H消除了穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差不為零的現(xiàn)象，而且提升了車輛抵抗外界干擾和系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的魯棒性。92014年羊玲、陳寧建立了四輪轉(zhuǎn)向車輛（4WS）的動(dòng)力學(xué)模型，基于單點(diǎn)預(yù)瞄的駕駛員數(shù)學(xué)模型，編寫了四輪轉(zhuǎn)向車輛在S型道路和復(fù)雜賽車跑道行駛的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)仿真程序，對(duì)比例控制策略的四輪轉(zhuǎn)向車輛進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行高速動(dòng)態(tài)仿真。仿真結(jié)果表明：在高速行駛下的四輪轉(zhuǎn)向車輛操縱穩(wěn)定性優(yōu)于前輪轉(zhuǎn)向車輛，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，更能有效地提高車輛瞬態(tài)操縱

9、穩(wěn)定性和安全性。10國外汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀2014年雅典國家技術(shù)大學(xué)的C.I.Chatzikomis和K.N.Spentzas把沒有裝備控制系統(tǒng)的汽車與裝備ESC的汽車、裝備四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車、同時(shí)裝備ESCffi四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車做對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)配備ESC?口4亞色勺車輛在所有的實(shí)驗(yàn)一致更好的結(jié)果。112014年ChangfangChenandYingminJia本文研究了非線性車輛模型由三個(gè)自由度的輸入輸出解耦控制。準(zhǔn)線性的技術(shù)被用來簡(jiǎn)化該車輛模型，它保留縱向加速度/制動(dòng)力的內(nèi)在耦合效應(yīng)，轉(zhuǎn)向角和車輛狀態(tài)。通過選擇組合的控制輸入，輸入-輸出映射車輛動(dòng)力系統(tǒng)的重建?；谠撃Ｐ停?/p>

10、入輸出耦控制器被提出。此外，一個(gè)漸近穩(wěn)定觀察者提出的修飾形式中值定理是用來設(shè)計(jì)的觀察員有界雅克比非線性車輛系統(tǒng)。觀測(cè)器增益可以通過求解線性矩陣不等式得到。幾個(gè)仿真進(jìn)行，以顯示車輛的操控性和穩(wěn)定性的改善是由于輸入-輸出解耦控制。124總結(jié)與展望文中引用和參考的文獻(xiàn)數(shù)量有限，但還是可以看出國內(nèi)目前在汽車四輪轉(zhuǎn)向方面的研究方法的使用日漸趨于成熟，研究?jī)?nèi)容也逐漸多元化并細(xì)節(jié)化，有關(guān)汽車汽車四輪轉(zhuǎn)向的理論基礎(chǔ)也日漸豐富。當(dāng)今社會(huì)，道路交通設(shè)施不斷完善，汽車的新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。汽車的保有量也越來越多，如何能夠在擁擠的道路上保障人車的順利通過及安全，是需要亟待技術(shù)革新的。被動(dòng)安全已經(jīng)不能滿足人們的需要，主動(dòng)

11、安全受到了人們?cè)絹碓礁叩闹匾?。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)是一種可以與ABSTCSAS褲技術(shù)相媲美的技術(shù)。它可以使車輛在低速時(shí)改善其機(jī)動(dòng)性，獲得更小的轉(zhuǎn)彎半徑，使其在擁擠的街道上靈活自如的通過。它可以使車輛在高速時(shí)改善穩(wěn)定性和循跡能力，提高汽車防側(cè)滑的能力。參考文獻(xiàn)1朱智超、田麗娟，線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究綜述及技術(shù)總結(jié)，輕型汽車技術(shù)2012(5/6)2桂林、任燕，四輪轉(zhuǎn)向汽車電子控制技術(shù)，電子技術(shù)，2012(09)3李辰順、羅文廣，四輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)轉(zhuǎn)向控制研究，計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2013(12)4杜峰、閆光輝，主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制及閉環(huán)操縱性仿真，汽車工程，2014(07)5黨濤，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)在牽引汽車中

12、的應(yīng)用，汽車實(shí)用技術(shù)，2014(11)6劉賀、董皓，四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車車架的設(shè)計(jì)與有限元分析，汽車實(shí)用技術(shù),2014(09)7蘭志宇、田韶鵬，四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性分析研究，農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012(04)8沈晅、譚運(yùn)生，考慮后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向的駕駛員模型研究，儀器儀表學(xué)報(bào)，2013(12)9鄭凱鋒、陳思忠，基于線控技術(shù)的四輪轉(zhuǎn)向全滑?？刂?，東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(03)10羊玲、陳寧，基于駕駛員模型的4WS車輛操縱穩(wěn)定性研究，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2014(04)11C.I.Chatzikomis、K.N.Spentzas,ComparisonofavehicleequippedwithElectronicStabilityControl(ESC)toavehiclewithFourWheelStee