四轮转向车辆操纵稳定性的最优控制策略研究

四轮转向车辆操纵稳定性分析作者：姚东强谭永营吴文文来源：《山东工业技术》2017年第19期摘要：首先介绍四轮转向的概念、基本原理及系统结构和应用；，以两自由度操纵模型为例，对四轮转向（4WS）车辆的转向特性及操纵稳定性进行分析，并与传统的前轮转向（FWS）车辆进行比较；最后，给出了一个关于车辆质心侧偏角和横摆角速度的线性两自由度分析模型。

关键词：四轮转向；前轮转向；操纵稳定性；横摆角速度DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.19.0010 引言从上世纪八十年代开始，后轮转向控制律的研究逐步兴起，对四轮转向车辆来说，当车速较低时，为了减小转向半径，通常使后轮转向方向与前轮相反；当高速行驶时，为了提高车辆的稳定性，后轮将产生与前轮同向的转向角。

四轮转向的基本原理是：利用车辆行驶中的某些信息来控制后轮的转角输入，以提高车辆的操纵稳定性。

本质上讲，四轮转向的优点主要是系统对后轮轮胎侧向力独立控制的能力。

由于四轮转向车辆可同时改变前后轮的侧偏角和轮胎侧向力，因而可提高车辆的瞬态响应，并改善车辆的转向控制能力。

下面采用两自由度单轨模型，在线性域内对4WS系统进行动力学分析。

1 四轮转向车辆的动力学模型四轮转向车辆的操纵动力学原理见图1。

通常、、、较小，因此有COS=，COS=，tan=，tan=。

在此假设汽车质心出沿前进方向速度u与车辆侧向速度v相比很大，可看做常量，轮胎切向力及迎风阻力不计，则根据受力关系，可建立如下方程：采用前后轮转向比c为定值的控制方式，即将控制目标设为使车辆转向时其质心侧偏角，可导出稳态条件下车辆质心侧偏角时前后轮转向比c应满足的条件。

按照几何定义：，因而令，同时消去存在的项，就得到稳态条件下车辆质心侧偏角时c应满足的条件：上式说明，车辆在高速工况行驶时后轮应与前轮同方向转向；而低速时后轮应与前轮反方向转向。

2 前轮角阶跃输入下的稳态响应分析汽车等速行驶时，前轮角阶跃输入下的稳态响应可用稳态横摆角速度增益来评价。

四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究共3篇四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究1汽车是我们日常生活中必不可少的交通工具之一，随着科技的发展，汽车的各项技术逐渐得到了升级。

其中，四轮转向技术作为一项非常重要的技术，对于汽车的操控性、稳定性以及安全性都有着非常大的提升。

四轮转向技术可以使得汽车在低速行驶时，车轮可以实现与车身相反的转向，从而减少掉头半径，提高车辆的机动性；在高速行驶时，车轮与车身同向转动，从而增强车辆的稳定性。

因此，在日常生活中，很多家庭用车都会配备四轮转向技术。

然而，四轮转向技术在操控和控制方面仍然存在于一定的局限性，特别是在侧向动力学方面。

侧向动力学是指汽车在转弯或曲线行驶时发生的侧向运动状态，主要包括侧向加速度、侧倾角、侧向力等。

侧向动力学会对汽车的行驶稳定性产生影响，同时也会影响行车安全。

为了更好地提高四轮转向汽车的行车稳定性和安全性，需要对其侧向动力学进行优化控制。

目前，四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究逐渐成为了汽车控制领域的热点研究。

在四轮转向汽车侧向动力学最优控制方面，主要涉及控制算法的设计和车辆动态特性的建模。

目前，最优控制算法主要包括基于线性二次型控制、滑模控制、自适应控制、模糊控制等，这些算法都有着较好的应用效果。

同时，针对四轮转向汽车的动态特性进行建模，可以更好地理解汽车侧向动力学并为优化控制提供理论支持。

除了四轮转向汽车侧向动力学最优控制之外，内外环联合控制也是一个非常重要的控制思路。

该思路主要考虑汽车系统的内外部信息交互，将控制系统分为内环控制和外环控制，通过内外环控制的联合作用，可以对汽车侧向动力学进行更好的控制和优化。

总之，四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制的研究，对于提高汽车的行车稳定性和安全性具有非常重要的价值。

相信在未来的研究中，这些控制思路和算法的应用将更加广泛，让我们在驾车出行时更加安全、可靠通过对四轮转向汽车侧向动力学的研究和优化控制，可以提高汽车的行车稳定性和安全性，为驾车出行提供更加可靠的保障。

四轮转向汽车最优转向控制研究作者：李辰旸罗文广来源：《计算技术与自动化》2013年第04期摘要：为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势，对汽车转向的理想状态进行了分析，构建了理想转向模型。

依据具有二次型性能指标的最优控制理论，以汽车转向理想模型作为跟踪目标，采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略，对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行了研究。

利用Matlab工具，对所提出的后轮转向最优控制方法进行了仿真。

仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善了汽车转向的瞬态与稳态响应特性，其瞬态响应的超调量减少，稳定时间缩短；侧向滑移的稳态值有所降低，从而提高了汽车转向的操纵稳定性。

关键词：汽车；四轮转向（ 4WS）；最优控制；仿真；操纵稳定性中国分类号：U273 文献标志码：A1 引言随着现代道路交通系统和汽车技术的发展，汽车行驶的速度不断提高，高速行驶的安全问题日益突出。

汽车在高速行驶下进行车道变换、超车、弯道行驶时，减少车身侧偏，提高汽车安全性成为现代汽车亟待解决的问题。

四轮转向（4WS）作为一项有效的汽车主动安全技术近年来已有了很大的发展，一些成熟技术在高档车上已得到应用。

4WS汽车通过后轮直接参与对汽车侧向及横摆运动的控制，不仅减少了转向力产生的滞后，而且能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态，使汽车的方向角与姿态角重合，改善了汽车高速时的操纵稳定性和低速时的机动灵活性[1]。

本文根据具有二次型性能指标的线性跟踪问题最优控制理论，基于汽车状态反馈和前轮前馈，简单介绍4WS汽车转向控制规律[2-3]。

2 4WS汽车动力学模型的建立目前有关4WS汽车的研究大部分使用包含横摆角速度和质心侧偏角的线性二自由度单轨自行车模型。

理论和试验都证明，在正常车速范围的非紧急状态（低侧向加速度）和小转向角的情况下，该模型能以较好的精度表征车辆转向的实际物理过程，基于它们设计的控制器能够正常工作[4]。

建模时作如下假设：忽略悬架系统和转向机构的影响，直接以前轮转角作为输入；不考虑加减速过渡工况，认为转向时汽车行驶速度u大小保持不变；忽略汽车的侧倾与俯仰运动，认为汽车只作平行于地面的平面运动，则汽车只有沿Y轴的侧向运动与绕Z轴的横摆运动两个自由度[5-6]。

TRAFFIC AND SAFETY | 交通与安全1　引言随着国家车辆智能化政策的落实，无人驾驶车辆逐渐被大众所接受，其中轨迹跟踪作为无人驾驶技术的底层执行系统[1]。

轨迹跟踪控制的策略对车辆行驶运动的精度和稳定性有着重要影响，当车辆在高速行驶过程中，如果发生爆胎、打滑等事故，将对交通安全造成重大隐患[2]，开展智能汽车轨迹跟踪精度和稳定性控制研究迫在眉睫。

目前，针对传统前轮转向车辆的的轨迹跟踪控制技术研究已较为成熟。

1981年，美国学者MAC ADAM[3]首次将最优预瞄控制运动在无人驾驶上。

1992年，卡内基梅隆大学提出了经典纯跟踪控制策略。

2005年，斯坦福大学将 Stanley算法应用沙漠挑战赛中并取得冠军。

上述得控制方法主要基于车辆运动学模型。

当汽车处于极端工况下，车辆的操纵稳定性和防侧翻控制仍存在不足。

当传统的控制算法难以解决非线性、多变量等实际控制问题时，模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)作为一种先进的控制策略应运而生。

相比于传统控制算法，MPC在处理多变量、非线性和带有硬约束的控制问题时更具优势。

基于MPC的四轮转向车爆胎稳定性控制詹伟梁　董洪昭北京工商大学 人工智能学院　北京市　100048摘 要：四轮独立转向驱动汽车相比传统车辆具有更多控制自由度，具备在高曲率跟踪精度好，低附着路面操纵稳定性优越的特点。

本文针对车辆在轨迹跟踪中所面对的低附着、爆胎等紧急工况，本研究采用模型预测控制理论，针对四轮转向电动汽车的横摆稳定性问题进行了探究。

以横摆角速度和横向误差为控制目标，计算出最优四轮转角和直接横摆力矩，下层采用最优转矩分配并考虑轮胎摩擦圆约束，以实现对四轮驱动电动汽车的稳定性控制。

在CarSim/Simulink联合仿真整车模型中，采用参数化建模设置整车参数。

通过双移线爆胎工况仿真实验分析，所提出的策略能够有效地提高四轮驱动电动汽车的轨迹跟踪精度，从而提高整车的行驶稳定性。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，四轮转向技术已成为现代汽车研发的热点之一。

这种技术不仅可以提高汽车的操控性能，还能增强其稳定性和安全性。

然而，要充分发挥四轮转向技术的优势，必须配合先进的控制策略。

本文将基于CarSim和Simulink软件平台，对四轮转向汽车的控制策略及其稳定性进行研究。

二、四轮转向汽车控制策略概述四轮转向汽车的控制策略主要包括两个部分：一是四轮转向系统的结构设计与优化；二是控制算法的设计与实现。

在CarSim 和Simulink的仿真环境下，我们可以对这两部分进行深入研究。

1. 四轮转向系统的结构设计与优化四轮转向系统通过电子控制系统，实现对汽车四个车轮的独立控制。

这种设计可以提高汽车的操控性和稳定性。

在CarSim中，我们可以对四轮转向系统的结构进行模拟和优化，找出最优的结构参数，以达到最佳的操控性能和稳定性。

2. 控制算法的设计与实现控制算法是四轮转向汽车的核心部分。

在Simulink中，我们可以设计各种控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，并通过仿真实验找出最优的控制策略。

这些控制策略可以根据汽车的行驶状态，实时调整四个车轮的转向角度，以达到最佳的操控性能和稳定性。

三、基于CarSim和Simulink的仿真研究在CarSim和Simulink的联合仿真环境下，我们可以对四轮转向汽车的控制系统进行深入研究。

首先，在CarSim中建立四轮转向汽车的模型，并设置各种行驶工况。

然后，将CarSim中的模型导入到Simulink中，设计控制算法，并进行仿真实验。

通过不断调整控制参数和控制策略，找出最优的控制方案。

四、四轮转向汽车的稳定性研究四轮转向汽车的稳定性是其重要的性能指标。

在CarSim和Simulink的仿真环境下，我们可以对四轮转向汽车的稳定性进行深入研究。

首先，通过仿真实验找出影响汽车稳定性的因素，如路面状况、车速、载荷等。

四轮独驱电动汽车操纵稳定性控制策略进展概述作者：文/ 郑萌来源：《时代汽车》 2020年第21期郑萌中国汽车工程研究院股份有限公司重庆市 401120摘要：本文主要针对四轮独驱电动汽车操纵稳定性控制策略的研究进展进行综述，综述内容主要分为两个部分，第一部分是操纵稳定性的简要介绍，第二部分是控制理论及其研究进展，其中包含了目前已得出的研究成果，第三部分是汽车操纵稳定性与其他性能的协同控制策略研究进展。

本文通过综述的方式对研究进展进行简要的概述，希望能对相关研究人员提供参考帮助。

关键词：四轮独驱电动汽车操纵稳定性Overview of the Development of Control Strategies for Handling and Stability of Four-wheel Single-Drive Electric VehiclesZheng MengAbstract：This article mainly summarizes the research progress of the control strategy for the handling and stability of four-wheel single-drive electric vehicles. The review is mainly divided into two parts. The first part is a brief introduction to the handling stability, and the second part is the control theory and its research. Progress includes the research results that have been obtained so far. The third part is the research progress of collaborative control strategiesfor vehicle handling stability and other performance. This article provides a brief overview of the research progress by means of a review, hoping to provide reference for relevant researchers.Key words：four-wheel single-drive, electric vehicle, handling stability因全球变暖的背景原因，我国也开展了有关新能源汽车的研究，目前针对新能源汽车的研究已经取得了相对较为显著的成果，主要体现在电动汽车方面，电动汽车作为全新科技产物不仅代表了新能源汽车的发展进步，同时因电动汽车当中也具备着多种驱动方式能够进行精准有效的控制，比如4WID-EV的类型就简化了原本的传动结构，归类为过驱动系统，以此来确保4WID-EV型号电动汽车的四轮独驱拥有良好的机动性和操作稳定性。

0引言随着全球变暖以及石油资源短缺，新能源汽车的呼声日益提升，越来越多的专家学者致力于新能源汽车的研究之中。

电动汽车作为新能源汽车中较为突出的一种，发展势头尤为迅猛。

电动汽车有多种驱动方式，其中4WID-EV 因其各轮均独立，驱动力在理论上可以得到精准地控制，从而将其视为研究对象的人也是最多。

四轮独驱简化了传动结构，是一个过驱动系统，为了保证4WID-EV在具有极佳机动性的情况下同时具有优异的操纵稳定性，需要对其控制策略深入研究。

目前，基于传统车辆操纵稳定性的控制策略有滑模控制、线控转向控制、直接横摆矩控制、差动助力转向控制、电子控制等，这些控制策略也在实车中进行过验证并表明控制效果很好。

但针对4WID-EV来说，其车辆布置结构已发生巨大变化，大部分控制策略效果表现不佳，故此，大量专家学者正致力于开发一些新的控制策略。

1操纵稳定性操纵稳定性是车辆中一种极为重要的性能，操纵稳定性的好坏直接与驾驶安全相关联。

操纵稳定性包括稳定性和操纵性，常用的评价内容有轮胎侧偏特性、转向特性等。

在试验方面，为测试其操纵稳定性性能状况，需对车辆进行线性、非线性和转向盘中间位置操纵稳定性三方面进行测试[1]。

2控制理论及其研究状况4WID-EV作为一种分布式驱动电动汽车，极大地简化传动系统，同时能效方面也十分突出。

目前，越来越多的专家学者致力于4WID-EV控制策略的研究研究当中，其控制策略也在逐步快速更新，控制效果正在不断优化。

2.1直接横摆力矩控制（DYC）DYC是通过对每个车轮的转矩进行合理控制，从而达到车辆稳定行驶的需求，DYC自从20世纪90年代被提出以来，因其控制方式简单、精度高、响应快等诸多优点，已在电动汽车控制领域得到广泛应用[1]。

DYC主要包括车辆状态参数估计、决策需求横摆力矩和横摆力矩分配问题[2]。

目前，大量专家学者在这方面做了巨大贡献。

史培龙[2]等人基于PID和模糊逻辑控制（FLC）设计了一个DYC控制器，并针对FSAE纯电动赛车进行双移线工况的实车试验。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》篇一一、引言随着汽车技术的快速发展，四轮转向汽车因其在提高操控性能、稳定性及行驶安全性等方面的显著优势，受到了业界的广泛关注。

为深入探究四轮转向汽车的控制策略及其稳定性，本文结合CarSim和Simulink两款仿真软件，对四轮转向汽车的控制系统进行建模与仿真分析。

二、CarSim与Simulink的联合仿真1. 软件介绍CarSim是一款汽车动力学仿真软件，可以用于构建复杂的汽车模型并进行多体动力学仿真。

而Simulink则是一款多领域仿真建模与工程分析软件，可用于对汽车控制策略进行建模与仿真。

将这两款软件结合起来，可实现对四轮转向汽车的全局仿真。

2. 联合仿真过程在CarSim中构建四轮转向汽车的模型，设置相应的车辆参数和道路环境。

然后，将CarSim作为Simulink的外部模型，将两者进行联合仿真。

在Simulink中，建立控制策略模型，并通过对CarSim中的车辆模型进行实时控制，实现四轮转向汽车的仿真。

三、四轮转向汽车的控制策略1. 控制器设计四轮转向汽车的控制策略主要涉及到转向控制和稳定性控制两部分。

其中，转向控制主要通过调整各车轮的转角，实现车辆的灵活转向。

稳定性控制则主要通过实时监测车辆的行驶状态，对车轮的转角、制动力等进行调整，保证车辆的稳定性。

2. 控制策略的实现在Simulink中，通过建立控制器模型，实现对四轮转向汽车的控制。

控制策略主要包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种方法。

在实际应用中，可根据需求选择合适的控制方法。

四、四轮转向汽车的稳定性分析1. 稳定性评价指标四轮转向汽车的稳定性主要受到车辆动力学特性的影响。

为评估四轮转向汽车的稳定性，本文采用侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角等指标进行评价。

2. 仿真结果分析通过CarSim和Simulink的联合仿真，得到四轮转向汽车在不同工况下的行驶数据。