主動前輪轉(zhuǎn)向控制技術研究
在主動轉(zhuǎn)向防側(cè)翻的控制中,由于附加轉(zhuǎn)角的存在,會影響車輛按照駕駛員意圖行駛的能力,因此控制策略中應由一個關于汽車行駛時車道保持能力的控制方法,如采用主動制動的方法。由于車輛側(cè)翻的危害性比較大,因此這類控制一般都遵循了側(cè)翻控制優(yōu)先于車道跟隨的原則。
2.4 可變轉(zhuǎn)向傳動比的控制
操縱穩(wěn)定性實際上是一個人車路閉環(huán)系統(tǒng)的特性,操縱穩(wěn)定性的好壞最終決定于駕駛員感受,因而在主動前輪轉(zhuǎn)向的控制中,如何提高駕駛員操縱的安全性和舒適性也成為提高系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的一個重要因素。在傳統(tǒng)汽車上,從方向盤到車輪的傳動比是一個定值。在低速時,車輛如在泊車停靠等工況下,或者由于障礙物而突然變道時,需要駕駛員大幅、快速操縱方向盤,增加了駕駛員的身體負擔。相反,在高速時,由于車輛轉(zhuǎn)向響應增益加大,較小的方向盤轉(zhuǎn)角就會產(chǎn)生較大的側(cè)向加速度,增加了駕駛員的精神負擔??勺冝D(zhuǎn)向傳動比可有效地解決上述問題。一般來說,變轉(zhuǎn)向傳動比控制中轉(zhuǎn)向傳動比的變化主要取決于兩方面的因素:車速和方向盤轉(zhuǎn)角。隨著車速的升高,轉(zhuǎn)向傳動比增加,隨著方向盤轉(zhuǎn)角的增大,轉(zhuǎn)向傳動比減小,如圖8所示。這樣,可以使得駕駛員在低速時轉(zhuǎn)向輕便而高速時操縱穩(wěn)定。在目前的主動前輪轉(zhuǎn)向控制中,許多控制算法都把可變轉(zhuǎn)向傳動比控制作為一個前饋環(huán)節(jié),同反饋環(huán)節(jié)一起改善車輛的操縱穩(wěn)定性。在機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,可變傳動比是通過轉(zhuǎn)角疊加的方式實現(xiàn)的,其輸入、輸出關系如下:
式中:Wsw為方向盤輸入轉(zhuǎn)角,Wring為主動齒輪輸入轉(zhuǎn)角,α1、α2為兩者疊加的比例系數(shù)。
3 主動前輪轉(zhuǎn)向動力學控制展望
由于車輛橫擺角速度和側(cè)向加速度通過輪胎的側(cè)向力耦合,利用主動轉(zhuǎn)向通過側(cè)向力來改善車輛的操縱穩(wěn)定性必然面臨無法解決的矛盾,即側(cè)向加速度與橫擺角速度無法同時達到比較理想的優(yōu)化狀態(tài)。如何理解這一矛盾的性質(zhì)以及如何實現(xiàn)車輛側(cè)向運動和橫擺運動的綜合改善從而進一步提高車輛的操縱穩(wěn)定性,將是需要我們深人思考和研究的問題。
由于輪胎本身存在側(cè)向力飽和的情況,因此主動轉(zhuǎn)向極限工況下作用非常有限。車輛的操縱穩(wěn)定性不僅可以通過轉(zhuǎn)向來影響,而且可以通過縱向運動(驅(qū)動、制動)的控制產(chǎn)生的直接橫擺力矩來影響,同時,它還與車輛的懸架系統(tǒng)特性有著密切的關系。因此,主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與各系統(tǒng)間的集成控制就成為未來的必然選擇。通過集成控制,可以將各系統(tǒng)對操縱穩(wěn)定性影響的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,最大限度地提高車輛在極限工況下的穩(wěn)定性。目前,已經(jīng)出現(xiàn)了一些主動前輪轉(zhuǎn)向與其他系統(tǒng)的集成控制方案,比較多見的是主動前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩控制的集成,以及主動前輪轉(zhuǎn)向與主動懸架的集成等。
圖9所示為主動前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩控制的集成控制系統(tǒng)的控制算法框圖。該控制系統(tǒng)可以提高車輛穩(wěn)定性,拓寬極限行駛區(qū)域,減小轉(zhuǎn)向幅度,更少產(chǎn)生由于制動干預引起的急劇減速,從而使車輛行駛安全性、舒適性得到大大提高。
圖10所示為豐田公司提出的一種主動轉(zhuǎn)向和主動懸架集成控制結構。系統(tǒng)由前輪轉(zhuǎn)向控制單元和阻尼力控制單元組成。分為正常模式和運動模式,通過一個開關來進行選擇。在運動模式中,轉(zhuǎn)向傳動比更小,減振器的阻尼力大于正常模式。在兩種模式下,轉(zhuǎn)向力的感覺是相同的。
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