操纵动力学建模分析及4WS控制器设计.doc

 PAGE \* MERGEFORMAT I 目录 TOC \o 1-3 \h \u  HYPERLINK \l _Toc26297 1. 前轮转向车辆的操纵性能计算机模型  PAGEREF _Toc26297 - 1 -  HYPERLINK \l _Toc6266 1. 仿真结果对比分析  PAGEREF _Toc6266 - 2 -  HYPERLINK \l _Toc17212 2.1时域分析  PAGEREF _Toc17212 - 3 -  HYPERLINK \l _Toc24276 2.2频域分析  PAGEREF _Toc24276 - 3 -  HYPERLINK \l _Toc25765 2.3稳定性分析  PAGEREF _Toc25765 - 4 -  HYPERLINK \l _Toc1241 2.4程序代码  PAGEREF _Toc1241 - 5 -  HYPERLINK \l _Toc7413 2. 四轮转向系统设计  PAGEREF _Toc7413 - 6 -  HYPERLINK \l _Toc359 ? 系统建模  PAGEREF _Toc359 - 6 -  HYPERLINK \l _Toc18672 ? 横摆角速度对转角输入的频域响应  PAGEREF _Toc18672 - 7 -  HYPERLINK \l _Toc25123 ? 侧向加速度对转角输入的频域响应  PAGEREF _Toc25123 - 8 -   PAGE \* MERGEFORMAT - 8 - 前轮转向车辆的操纵性能计算机模型 首先以一个典型的前轮转向车辆为例，在两自由度单轨操作模型基础上，在MATLAB环境下进行操纵动力学建模、仿真和性能对比分析；然后，仍基于两自由度单轨模型，进行四轮转向系统控制器设计。仿真参数的选择应使车辆的侧向加速度保持在0.4g的线性域内。 前轮转向车辆的线性单轨操纵模型的运动方程为： 选取系统状态变量为：，写成状态空间方程为： 仿真结果对比分析 仿真参数数如下表给出的两辆不同车型： 参数符号单位别克1949法拉利质量mkg20451008横摆转动惯量Izzkg.m254281031前轴到质心距离am1.4881.234后轴到质心距离bm1.7121.022前轮侧偏刚度CafN/rad77850117440后轮侧偏刚度CarN/rad765101449302.1时域分析 建立前轮转角输入信号时间序列 假设仿真中车速与转向系传动比为定值，分别为40m/s和45。 设转向盘角输入为:： 则前轮转角输入： 应用线性模拟函数，即： 得到角输入时间响应。 仿真结果 结果分析 由图可知，在同样的转向盘转角输入下，法拉利跑车的瞬态响应比别克车要好，主要体现在较短的稳定时间、较小的超调量以及更好的阻尼特性等。 2.2频域分析 线性系统的幅频和相频特性可用Bode图来表达。在MATLAB中直接调用bode（）命令，便可得到bode图，即： 结果如图： 结果分析： 由幅频特性图可知，在同一行驶速度下，法拉利跑车的响应带宽大于别克轿车的响应带宽，从而也说明前者具有更好的频域响应特性。 由相频特性图知，法拉利跑车的系统响应滞后要比别克轿车的响应滞后少，系统延迟较小。 2.3稳定性分析 通常，随着车速的提高，车辆行驶稳定性下降。对具有过多转向特性的车辆而言，当车速超过期极限车速时，系统将处于不稳定工况，即意味着在很小的干扰输入下，系统将产生很大的响应输出。而车辆的行驶稳定性与其等效线性系统的特征值有密切关系。 由控制理论知，一个可控、可观的线性系统的极点就是状态矩阵的特征征根。在MATLAB中，可用eig（）函数求特征根。可求出车辆在不通车速（15~60m/s范围内）的特征根，同时在同一复平面作图。 结果如图： 结果分析： 从图中可以看出，随着车速的增加，系统的特征值由复平面左侧向虚轴靠近，即系统越来越趋向于不稳定。 法拉利跑车的特征值位置与别克轿车相比更远离虚轴，因而有更大的稳定裕度，稳定性更好。 2.4程序代码 clc clear %% 车辆参数输入 buick.data=[2045 5428 1.488 1.712 77850 76510]; %别克1949车辆参数 ferrari.data=[1008 1031 1.234 1.022 117440 144930]; %法拉利车辆参数 veh={buick,ferrari}; %定义一个