主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)研究

　　在主動(dòng)轉(zhuǎn)向防側(cè)翻的控制中，由于附加轉(zhuǎn)角的存在，會(huì)影響車輛按照駕駛員意圖行駛的能力，因此控制策略中應(yīng)由一個(gè)關(guān)于汽車行駛時(shí)車道保持能力的控制方法，如采用主動(dòng)制動(dòng)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(dòng)比的控制

　　操縱穩(wěn)定性實(shí)際上是一個(gè)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(dòng)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(gè)重要因素。在傳統(tǒng)汽車上，從方向盤到車輪的傳動(dòng)比是一個(gè)定值。在低速時(shí)，車輛如在泊車?？康裙r下，或者由于障礙物而突然變道時(shí)，需要駕駛員大幅、快速操縱方向盤，增加了駕駛員的身體負(fù)擔(dān)。相反，在高速時(shí)，由于車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)增益加大，較小的方向盤轉(zhuǎn)角就會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向加速度，增加了駕駛員的精神負(fù)擔(dān)。可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比可有效地解決上述問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比控制中轉(zhuǎn)向傳動(dòng)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(dòng)比增加，隨著方向盤轉(zhuǎn)角的增大，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，如圖8所示。這樣，可以使得駕駛員在低速時(shí)轉(zhuǎn)向輕便而高速時(shí)操縱穩(wěn)定。在目前的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制中，許多控制算法都把可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比控制作為一個(gè)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(jī)械式主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變傳動(dòng)比是通過(guò)轉(zhuǎn)角疊加的方式實(shí)現(xiàn)的，其輸入、輸出關(guān)系如下：

　　式中：Wsw為方向盤輸入轉(zhuǎn)角，Wring為主動(dòng)齒輪輸入轉(zhuǎn)角，α1、α2為兩者疊加的比例系數(shù)。

　　3 主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)控制展望

　　由于車輛橫擺角速度和側(cè)向加速度通過(guò)輪胎的側(cè)向力耦合，利用主動(dòng)轉(zhuǎn)向通過(guò)側(cè)向力來(lái)改善車輛的操縱穩(wěn)定性必然面臨無(wú)法解決的矛盾，即側(cè)向加速度與橫擺角速度無(wú)法同時(shí)達(dá)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(shí)現(xiàn)車輛側(cè)向運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)的綜合改善從而進(jìn)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(wèn)題。

　　由于輪胎本身存在側(cè)向力飽和的情況，因此主動(dòng)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(guò)轉(zhuǎn)向來(lái)影響，而且可以通過(guò)縱向運(yùn)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)、制動(dòng))的控制產(chǎn)生的直接橫擺力矩來(lái)影響，同時(shí)，它還與車輛的懸架系統(tǒng)特性有著密切的關(guān)系。因此，主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與各系統(tǒng)間的集成控制就成為未來(lái)的必然選擇。通過(guò)集成控制，可以將各系統(tǒng)對(duì)操縱穩(wěn)定性影響的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，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(dòng)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(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩控制的集成，以及主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與主動(dòng)懸架的集成等。

　　圖9所示為主動(dòng)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(dòng)干預(yù)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(dòng)轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架集成控制結(jié)構(gòu)。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(yùn)動(dòng)模式，通過(guò)一個(gè)開關(guān)來(lái)進(jìn)行選擇。在運(yùn)動(dòng)模式中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)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。