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图７
良好路面双移线模拟器试验曲线（车速８０ｋｍ／ｈ）
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图８低附着路面蛇行模拟器试验曲线（车速４０ｋｍ／ｈ）
由图７、８的模拟器试验证明：具有电控四轮转向的车 辆，由于后轮直接参与汽车侧偏角和侧向运动的控制，能够 减少转向力的滞后，提高车辆的响应速度；同时由于后轮能 独立地转动，使车辆能够产生一个稳定的作用力，减少车辆 的质心侧偏角，这样的控制能够使车辆在侧向力作用下，保 证车辆跟踪理想的轨迹，同时减少车辆横摆角速度和侧向加
灵活。
１前轮线控转向系统稳定性控制策略
传统转向系统中，汽车转向车轮的转角由驾驶员输入 的转向盘转角和转向系传动比（基本上为常数）确定。至于 在此前轮转角下车辆的转向响应如何，转向系无法控制， 只能由驾驶员通过转向盘纠正。线控转向系统取消了转向 立柱和转向齿轮之间的机械连接，允许前轮和转向盘之间 的独立运动，避免了驾驶员转向操作与前轮转角稳定性自 动控制之间的干涉。系统可以根据转向盘转角和当前的车 辆状态判别出驾驶员的转向意图，计算出实现该转向目的 所需要的前轮转角，并根据车辆的实际响应对前轮转角进 行实时矫正。 首先介绍理想转向传动比的概念：在已知的任何车速 下，设定车辆转向增益对转向盘转角输入的值恒为一个常 数，使得车辆转向传动比随转向盘转向角变化。这个传动比 就是所谓的理想转向传动比¨ｊ。这个车辆转向增益可以根 据驾驶员的驾驶经验和驾驶喜好任意设定，使系统传动比可 以任意修改。 前轮线控转向系统的两种稳定性控制方法包括带有横摆 角速度反馈的前轮转角控制，横摆角速度和侧向加速度综合 反馈控制¨ｊ。
通过模拟器试验还证明，采用横摆角速度反馈控制的前 轮线控转向车辆，在低附着路面上，车速４０ｋｍ／ｈ时可以完 成移线试验，但在车速达到５０ｋｍ／ｈ时，车辆不能完成移线 试验；而采用电控四轮转向车辆，后轮能独立运动，参与车 辆的转向控制，并且由于其响应快，驾驶员能够跟踪理想路 线，完成转向试验。 ３
结论
算法加入到前轮线控转向系统的车辆模型中，进行阶跃和双 移线仿真分析。２９自由度车辆动力学模型是吉林大学汽车 动态模拟国家重点实验室开发的能够用于各种工况仿真的实 时车辆动力学模型，其中包括６个车身自由度、４个传动系 自由度、８个轮胎自由度、６个车轮自由度、４个悬架自由
（３）
度和１个转向自由度。
２．２．１
ＳＢＷ ａｎｄ ｆｏｕｒ ｗｈｅｅｌｓ ｓｔｅｅｒｉｎｇ（４ＷＳ）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ２ＷＳ ｆｏｒ ＳＢＷ
ｉｍｐｒｏｖｅ
４ＷＳ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ＳＢＷ ａｎｄ ４ＷＳ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｕｌｄ
ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ａｎｄ
ｚ——前后轴距离；
ｎ一前轴与质心距离；
６——后轴与质心距离；
＆，——后轮侧偏刚度； ＾，——前轮侧偏刚度。 这种通过汽车运动参数反馈控制后轮转角的方法能够改 变汽车侧向动力学方程的特征根，增强系统抵御外界干扰的 能力。
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ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｅ６４２
２００７中国汽车工程学会年会论文集
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ｒａｔｉｏ
ｖａｒｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｈａｎｄ ｗｈｅｅｌ ａｎｇｌｅｓ．
Ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
本文以汽车前轮线控转向为基础，以２９自由度车辆动力
轮线控转向车辆，在低附着路面上，车速４０ｋｍ／ｈ时可以完 成移线试验，但在车速达到５０ｋｍ／ｈ时，车辆不能完成移线 试验；而电控四轮转向车辆，后轮能独立运动，参与车辆的 转向控制，并且由于其响应快，驾驶员能够跟踪理想路线， 完成转向试验。
学模型为平台，进行了如下研究：提出了前轮线控转向系统 的稳定性控制策略；研究了分别采用前馈控制和反馈控制的 电控四轮转向控制，并与前轮线控转向和传统四轮转向系统
Ｓｔｅｅｒ—ｂｙ—Ｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ
４ＷＳ
本文研究了基于理想转向传动比理论的前轮线控转
引
言
向的两种稳定性控制策略；传统４ＷＳ的控制方法；以及 ＳＢＷ和４ＷＳ的集成控制算法，并进行了模拟器试验 验证。

近年来，随着电子技术和控制理论的飞速发展，主动悬 架、ＡＢＳ、ＡＳＲ以及ＤＹＣ等底盘控制技术已在汽车上得到 应用¨…。这些技术的采用使汽车动力学特性，特别是在非 线性、极限工况下的动力学特性得到改善，汽车在安全性和 舒适性方面取得了良好的改进效果。电液助力转向系统 （ＥＨＰＳ）和电动助力转向系统（ＥＰＳ）等在汽车上的应用”１， 改善了汽车转向的力控制特性，有效地降低了驾驶员转向 负担。 然而，汽车转向系统始终处于机械传动阶段。由于转向 角传动比固定，汽车转向特性随着汽车速度和侧向加速度变 化呈现强非线性时变特性。线控转向系统（ＳＢＷ）系统取消 了转向盘与转向器之间的机械连接，转向盘和汽车前轮转角 之间的关系（汽车转向的角传递特性）就可以摆脱机械转向 系统的限制而自由设计，不但可以改善汽车转向的力传递特 性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性 设计带来很大的空间¨Ｊ。 四轮转向技术作为可以提高汽车主动安全性的技术之 一，引起了汽车研究人员的关注。四轮转向汽车的主要优点 在于，在转向时能够基本保持重心侧偏角为零；汽车对转向 盘输入的动态响应特性在一定程度上改善了横摆角速度和侧 向加速度的瞬态响应指标；另外低速时能够减少汽车的转弯 半径（前后转轮转角转动方向相反），使汽车在低速时更加
速度。
进行了比较。通过仿真和模拟器试验研究，得出如下结论： ①采用横摆角速度反馈控制，以及横摆角速度和侧向 加速度综合反馈控制，能够减小车辆响应滞后时间，提高车 辆响应速度。试验结果还表明，低附着路面上，在侧向力作 用下，车辆的侧向加速度响应会超前于横摆角速度，能够控 制车辆沿理想路径行驶，从而体现出横摆角速度侧向加速度 综合控制的优势。 ②具有电控四轮转向的车辆，由于后轮直接参与汽车 侧偏角和侧向运动的控制，能够减少转向力的滞后，提高车 辆的响应速度；同时由于后轮能独立的转动，使得车辆能够 产生～个稳定的作用力，减少车辆的质心侧偏角，这样的控 制能够使车辆在侧向力作用下，保证车辆跟踪理想的轨迹， 同时减少横摆角速度和侧向加速度。 通过模拟器试验还证明，采用横摆角速度反馈控制的前
ａ）
图４
ｂ１
四轮转向电子转向系统两种控制方式比较
ａ）侧向加速度响应比较ｂ）横摆角速度响应比较
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ａ）
图５角阶跃仿真的质心侧偏角
电控四轮转向控制策略
底盘集成控制是汽车电子控制的发展方向。本节
讨论在前轮线控转向和稳定性控制基础上，与后轮主
图１横摆角速度反馈控制策略框图
动转向集成，形成具有前、后轮主动转向和稳定性控 制的集成控制系统，即电控四轮转向系统。
１．２横摆角速度和侧向加速度综合控制策略
车辆在行驶中受到不同环境干扰时的响应也不尽相同。 为了同时改进车辆的横摆角速度和侧向加速度响应，我们采 用ｓ＋（横摆角速度和侧向加速度综合反馈控制）对前轮转角 进行控制，如图２所示。Ｓ＋的表达式如下：
以２９自由度车辆动力学模型为基础，将四轮转向控制
图３ｂ为反馈型四轮转向，使用反馈控制来补偿后轮转 角，其控制原则是：车速很低时，后轮与前轮反向转动，且 比例为１：１，这样可使前、后轮的运动轨迹相同。随着车速 的提高，通过横摆角速度的反馈，补偿后轮的附加转角。 其控制规律表达式为：
占，＝一Ｃｌ占ｆ＋Ｃ２Ｍｒ
｝国家自然科学基金资助项目（５０４７５００９）
２００７中国汽车工程学会年会论文集
ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｅ６４２
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１．１横摆角速度反馈控制策略
图１是带有横摆角速度反馈的线控转向系统前轮转角控 制框图。在横摆角速度反馈到前轮转角的控制中，前轮附加
转角碥由实际横摆角速度ｒ和理想横摆角速度ｒ’决定；ｒ‘
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
ＳＢＷ
ａｎｄ
４ＷＳ
Ｔｉａｎ Ｃｈｅｎｇｗｅｉ，Ｚｏｎｇ Ｃｈａｎｇｆｕ，Ｍａｉ Ｌｉ，Ｚｈｅｎｇ Ｈｏｎｇｙｕ，Ｚｈｕ Ｔｉａｎｊｔｉｎ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ
电控四轮转向车辆模拟器试验结果分析
图７是在良好路面上，具有前馈和反馈控制的四轮转向
和前轮线控转向车辆双移线模拟器试验曲线。图８是在低附 着路面上蛇行试验的曲线。
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图６
良好路面的双移线仿真试验（车速８０ｋｍ／ｈ）
２００７中国汽车工程学会年会论文集
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式中ｃ．——１．０； Ｃ２——（ｍｂ／ｋｆｌ）＋（ｍａ／ｋ。１）。 式中ｕ——车速； ｍ——整车质量；
电控四轮转向的两种控制方式比较
仿真中选取车速为４０ｋｍ／ｈ和ｌＯＯｋｍ／ｈ，四轮转向车辆 的转向轮分别作逆向转向（４０ｋｍ／ｈ，＆＜０）和同向转向 （１００ｋｍ／ｈ，＾＞０）。仿真结果如图４、５所示。 图４说明。前馈型和反馈型四轮转向控制对车辆侧向加 速度和横摆角速度影响不大，反馈型四轮转向车辆的响应比 前馈型四轮转向车辆略小。 图５说明，四轮转向车辆质心侧偏角较仅有前轮线控转 向的车辆质心侧偏角要小。如果调整前后车轮的转动角度 比，则可以使得车辆的质心侧偏角为零，实现零侧偏角转 向。而反馈型四轮转向车辆无需调整，即可保证质心侧偏角