四轮转向车辆后轮转角控制方法研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.006

汽车工程 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (12): 2242-2250.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.006

所属专题：底盘&动力学&整车性能专题2023年

四轮转向车辆后轮转角控制方法研究

张佩^1,^2,³,孙文新^1,^2,³,胡杰^1,^2,^3,⁴(),颜伏伍^1,^2,³,徐骞⁵,闫涛卫⁵

^1.武汉理工大学，现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，武汉 430070
^2.武汉理工大学，汽车零部件技术湖北省协同创新中心，武汉 430070
^3.新能源与智能网联汽车湖北省工程技术中心，武汉 430070
^4.湖北隆中实验室，襄阳 441000
^5.东风汽车集团有限公司技术中心，武汉 430056

收稿日期:2023-05-30 修回日期:2023-10-16 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-12-21
通讯作者: 胡杰 E-mail:auto_hj@163.com
基金资助:
湖北省重点研发计划（2022BAA076）、湖北隆中实验室自主创新研究项目（2022ZZ-21）和广西科技重大专项（2023AA05001）资助。

Research on Rear Wheel Angle Control Method of 4WS Vehicle

Pei Zhang^1,^2,³,Wenxin Sun^1,^2,³,Jie Hu^1,^2,^3,⁴(),Fuwu Yan^1,^2,³,Qian Xu⁵,Taowei Yan⁵

^1.Wuhan University of Technology，Hubei Key Laboratory of Modern Auto Parts Technology，Wuhan 　430070
^2.Wuhan University of Technology，Auto Parts Technology Hubei Collaborative Innovation Center，Wuhan 　430070
^3.Hubei Technology Research Center of New Energy and Intelligent Connected Vehicle Engineering，Wuhan 　430070
^4.Hubei Longzhong Laboratory，Xiangyang 　441000
^5.Dongfeng Motor Company Technology Center，Wuhan 　430056

Received:2023-05-30 Revised:2023-10-16 Online:2023-12-25 Published:2023-12-21
Contact: Jie Hu E-mail:auto_hj@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为提高四轮转向车辆在低速时的机动性，建立了包括侧向运动、横摆运动的整车2自由度四轮转向车辆动力学模型，总结归纳了四轮转向车辆后轮转角控制方法，搭建了CarSim和Matlab/Simulink联合仿真平台，使CarSim中建立的整车模型的实际转向状态接近预设的2自由度理想转向状态，通过设置包括前轮角阶跃输入在内的3种工况进行了不同控制方法的仿真对比分析。结果表明：文中所提到的几种控制策略均能改善四轮转向车辆在低速时的机动性，使车辆具有更高的机动运动能力，为找到一种四轮转向车辆后轮转角最优控制策略奠定了基础。

关键词: 四轮转向车辆, 后轮转角控制, 仿真分析

Abstract:

In order to improve the maneuverability of four-wheel steering vehicles at low speeds， a dynamic model of two-degree-of-freedom four-wheel steering vehicle including lateral movement and sideways movement is established and the rear wheel angle control method of four-wheel steering vehicle is summarized and summarized. Then a joint simulation platform of CarSim and Matlab/Simulink is built to make the actual steering state of the vehicle model established in CarSim close to the preset ideal steering state of two degrees of freedom. Finally， the simulation comparative analysis of several control methods is carried out by setting three working conditions， including the front wheel angle step input. The results show that the control strategies mentioned in this paper can improve the maneuverability of four-wheel steering vehicles at low speeds， making the vehicles have higher maneuvering and motion ability， which lays a foundation for finding an optimal control strategy for the rear wheel angle of four-wheel steering vehicles.

Key words: four-wheel steering vehicle, rear wheel angle control, simulation analysis

张佩,孙文新,胡杰,颜伏伍,徐骞,闫涛卫. 四轮转向车辆后轮转角控制方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(12): 2242-2250.

Pei Zhang,Wenxin Sun,Jie Hu,Fuwu Yan,Qian Xu,Taowei Yan. Research on Rear Wheel Angle Control Method of 4WS Vehicle[J]. Automotive Engineering, 2023, 45(12): 2242-2250.

图/表 16

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表1

车辆整车模型参数"

参数名称	参数符号	参数数值	参数单位
整车质量	m	1 548	kg
总轴距	L	2.9	m
质心至前轴距离	a	1.015	m
质心至后轴距离	b	1.895	m
前两轮侧偏刚度	k₁	-112 600	N/rad
后两轮侧偏刚度	k₂	-94 548	N/rad
车轮滚动半径	R	0.325	m
绕z轴转动惯量	I_z	1 536.7	kg· $m 2$

表1

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

参考文献 18

1	RUSSELL H E B， GERDES J C. Design of variable vehicle handling characteristics using four-wheel steer-by-wire［J］. IEEE Trans. Contr. Sys. Techn.， 2016， 24（5）： 1529-1540.
2	羊玢，陈宁，田杰，等. 基于比例控制的4WS汽车操纵稳定性仿真研究［J］. 北京理工大学学报， 2013， 33（8）： 820-823，847.
	YANG X， CHEN N， TIAN J， et al. Simulation study on 4WS vehicle handling stability based on proportional control［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology， 2013， 33（8）： 820-823， 847.
3	彭锦. 基于横摆角速度反馈的汽车四轮转向控制研究［J］. 湖南理工学院学报（自然科学版）， 2017， 30（3）： 38-43.
	PENG J. Research on four-wheel steering control of automobile based on yaw angle speed feedback［J］. Journal of Hunan Institute of Technology （Natural Science Edition）， 2017， 30（3）： 38-43.
4	LV H M， LIU S N. Closed-loop handling stability of 4WS vehicle with yaw rate control［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2013， 59（10）： 595-603.
5	CHEN L， LI P S， LIN W S， et al. Observer-based fuzzy control for four-wheel independently driven electric vehicles with active steering systems［J］. International Journal of Fuzzy Systems， 2020， 22（1）： 89-100.
6	陈益新，陈炎冬，华逸人. 汽车四轮转向系统模糊PID控制仿真研究［J］. 江苏科技信息， 2018， 35（27）： 34-37.
	CHEN Y X， CHEN Y D， HUA Y R. Fuzzy PID control simulation study of automobile four-wheel steering system［J］. Jiangsu Science and Technology Information， 2018， 35（27）： 34-37.
7	董铸荣，张欣，胡松华，等. 基于LQR变传动比控制的4WIS电动车转向控制仿真研究［J］. 汽车工程， 2017， 39（1）： 79-85.
	DONG Z R， ZHANG X， HU S H， et al. Simulation study on steering control of 4WIS electric vehicle based on LQR variable gear ratio control［J］. Automotive Engineering， 2017， 39（1）： 79-85.
8	JIANG Z Z， XIAO B X. LQR optimal control research for four-wheel steering forklift based-on state feedback［J］. Journal of Mechanical Science and Technology， 2018， 32（6）： 2789-2801.
9	杜峰，闫光辉，魏朗，等. 主动四轮转向汽车最优控制及闭环操纵性仿真［J］. 汽车工程， 2014， 36（7）： 848-852.
	DU F， YAN G H， WEI L， et al. Optimal control and closed-loop maneuverability simulation of active four-wheel steering vehicle［J］. Automotive Engineering， 2014， 36（7）： 848-852.
10	魏晗. 基于电动轮汽车四轮转向控制策略研究［D］. 镇江：江苏大学， 2022.
	WEI H. Research on four-wheel steering control strategy based on electric wheeled vehicle［D］. Zhenjiang： Jiangsu University， 2022.
11	SANO S， FURUKAWA Y， SHIRAISHI S. Four-wheel steering system with rear wheel steer angle con-trolled as a function of steering wheel angle［C］. SAE Paper 860625.
12	WHITEHEAD J C. Four-wheel steering： maneuverability and high speed stabilization［J］. SAE Transactions， 1988， 97.
13	陈坤. 线控四轮转向汽车操纵稳定性控制研究［D］. 重庆：重庆理工大学， 2022.
	CHEN K. Research on handling stability control of steer-by-wire four-wheel steering vehicle［D］. Chongqing： Chongqing Univer-sity of Technology， 2022.
14	王欲进，谢纯禄，范英，等. 四轮转向系统模糊PID控制研究［J］. 机械设计与制造， 2020（12）： 119-123.
	WANG Y J， XIE C L， FAN Y， et al. Research on fuzzy PID control of four-wheel steering system［J］. Mechanical Design and Manufacturing， 2020（12）： 119-123.
15	范英，徐媛. 四轮转向汽车控制策略研究［J］. 太原科技大学学报， 2022， 43（4）： 335-339， 345.
	FAN Y， XU Y. Research on control strategy of four-wheel steering vehicle［J］. Journal of Taiyuan University of Science and Technology， 2022， 43（4）： 335-339， 345.
16	邢彪. 四轮转向与分布式驱动集成控制研究［D］. 长春：吉林大学， 2022.
	XING B. Research on integrated control of four-wheel steering and distributed drive［D］. Changchun： Jilin University， 2022.
17	党栋辉. 四轮转向车辆转向控制策略研究［D］. 西安：长安大学， 2022.
	DANG D H. Research on steering control strategy of four-wheel steering vehicle［D］. Xi'an： Chang'an University， 2022.
18	张庭芳，张超敏，刘明春，等. 基于改进型滑模控制的4WS汽车控制策略研究［J］. 北京理工大学学报， 2017， 37（11）： 1129-1136.
	ZHANG T F， ZHANG C M， LIU M C， et al. Research on 4WS vehicle control strategy based on improved sliding mode control［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology， 2017， 37（11）： 1129-1136.

[1]	谷先广, 陈红林, 俞陆新, 张代胜. 精密铸铝件一体化设计及在车身轻量化中的应用[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 179-186.
[2]	李现今, 李喆隆. 某电动SUV后扰流板气动特性的研究[J]. 汽车工程, 2020, 42(9): 1211-1215.
[3]	焦东风, 刘志峰. 汽车驱动桥NVH性能分析与优化[J]. 汽车工程, 2020, 42(2): 240-249.
[4]	胡红舟，钟志华. 一种汽车防撞梁轻量化结构的仿真分析与试验研究[J]. 汽车工程, 2018, 40(8): 918-925.

四轮转向车辆后轮转角控制方法研究

Research on Rear Wheel Angle Control Method of 4WS Vehicle

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 16

参考文献 18

相关文章 4

Metrics

本文评价

推荐阅读 10