子控制模块。系统以电子控制的形式对后轮转向进行实时控制，根据车速装备的车辆的不同对后轮转向进行控制以达到低速时反向转向和高速时同向转向，并与汽车的底盘控制系统体化，可以在控制面板上选择开启或者关闭四轮转向系统。国内外状况传统的汽车只有前轮作主动转向动作，后轮只作随动运动，根据阿克曼转向几何学原理，这样将使汽车的转弯半径很大,转向不灵活此外，随着车速的增加，汽车由于受到轮胎侧偏角的影响而使汽车的质心侧偏角增大，导致汽车高速行驶时循迹能力降低，行驶稳定性也将变差，严重时甚至会使汽车发生侧翻而汽车由于具有低速时转向灵活,中高速转向时稳定性好等优点而越来越受到人们的关注为了更为深入地了解汽车的优势，本章将对汽车的动力学特性进行理论分析图四轮转向汽车的转向特性分析四轮转向的目的于使汽车低速转向行驶时前后轮作逆向转动，根据阿克曼转向原图低速转向汽车图高速转向汽车图低速转向汽车图高速转向汽车图和在低速和高速下转向运动理，这样可以减小汽车的转弯半径，从而获得良好的机动性中高速转向行驶时使前后轮作同向转动，这样就可以减小车辆的质心侧偏角，提高了汽车的循迹能力,从而获得较好的操纵稳定性。阿克曼的主要观点是要使汽车在行驶直线行驶或转向行驶过程中地面与轮胎之间不出现滑移现象而是处于纯滚动状态，则要求汽车的每个车轮的运动轨迹都必须完全符合它的自然运动轨迹。根据以上原理，传统汽车在低速转向时其瞬时转向中心应该在它的后轴延长线上，如图所示而汽车低速转向时前后轮作逆向转动,其瞬时转向中心比汽车的瞬时中心更加靠近车体，且位于后轴的前方，如图所示根据图可知，相比汽车，汽车能够获得更小的转向半径，且内轮差也更小，因此提高了汽车低速转向时的机动性，即获得了更好的低速转向特性。图车辆低速转向轨迹图车辆低速转向轨迹。传统的前轮转向车辆在方向盘转动之后，前轮开始转动，然后依靠前轮的转动带动车身转动，从而实现汽车的转向，后轮只作随动动作。在转向过程中，车辆将产生旋转向心力，为了平衡该力，车轮将产生侧偏角，从而产生侧向力与之相平衡，此时，车辆的质心侧偏角和后轮的侧偏角也随之产生，从而产生侧向力来共同平衡车辆所产生的向心力。由向心力公式可知，随着车速的增大,车辆产生的旋转向心力越大，为了平衡此力，前轮的侧偏角将会增大，而与前轮侧偏角密切相关的质心侧偏角及后轮侧偏角也将增大，这样就会使得汽车的循迹能力变差，容易引起汽车的侧滑甚至侧翻，而汽车在中高速转向时前后轮作同向转动，使车体方向能够很好地跟踪车辆的行驶方向，从而减少了质心侧偏角，提高了汽车的循迹能力。此外，同向转动时汽车的转弯半径将增大，使汽车所受到的向心力减小，这样就在很大程度上减少了汽车发生侧翻的可能性，提高了汽车的主动安全性，及汽车在中高速时的转向轨迹如图图所示。国内对于系统的研究主要集中在几所大学里进行的，象北京理工大学吉林工业大学上海交通大学同济大学武汉理工大学天津大学等高校，在国内的汽车行业中基本上还没有展开的研究和开发工作。高校由于条件的限制特别是试验条件和试验经费的限制，对于的研究基本还处于初级阶段，其研究的重点主要是汽车的动力学响应和控制方法的研究。吉林工业大学基于二自由度模型对四轮转向系统的控制方法进行了探讨，研究了轮胎侧偏特性对于四轮转向系统的影响，对四轮转向汽车的运动稳定性进行了分析。天津大学对四轮转向系统的非线性控制进行了研究，探讨了四轮转向系统发生随机分岔的参数区域。北京理工大学则在轻型卡车上安装了系统，并进行了些试验尝试。总的说来国内对系统的研究基本还处在理论研究阶段。国外现阶段的系统设计，力图达到以下目的对沿行驶路线行驶的汽车车身姿势进行控制，减小汽车的质心侧偏角，尽量控制汽车的质心侧偏角经常保持为零减少汽车横摆角速度与侧向加速度之间的相位差以及各自相位增强汽车行驶的稳定性低速行驶时具备良好的机动性，改善低速范围汽车的操纵性改善汽车的转向响应性能抵制由汽车自身参数变化因素对汽车转向响应特性的影响，并保持所期望的汽车转向响应特性增加对外界环境变化的抗干扰能力改善轮胎附着力极限附近的响应。这些设计目标与动力系统密切相关，随着汽车动力学和控制理论的发展，各种现代控制理论开始被逐渐应用于四轮转向系统的研究中，国外具有代表性的些研究进展如下，研究了四轮转向时的轮胎侧向力与纵向力的最优合力分布，以改善汽车的侧向加速度响应和横摆角速度响应，并分析了性能加权函数对于汽车操纵稳定性的影响。对四轮转向汽车在高速时的换道行驶进行了分析，对比了在换道行驶过程中，有经验驾驶员的操纵转向和四轮转向汽车的最优化控制转向，研究了驾驶员操纵四轮转向汽车的主观感受。和提出了种综合前馈和反馈控制的四轮转向系统，选择最优的控制系统常量，把对转向输入响应的控制和对抗外部干扰的稳定性控制分开，实现了两者的相互。钔文章中研究通过前轮和后轮的转向反馈补偿自动控制来提高汽车高速时的转向性能和在侧风干扰下的转向性能，提出了在参数变化下的系统响应问题。分析了在后轮胎压低于正常情况下，汽车的过度转向以及控制系统如何稳定汽车的运动。司应用最优控制理论提出了种以减小质心侧偏角郭孔辉,轧浩四轮转向的控制方法的发展中国机械工程石美玉,周玉发,李承中汽车四轮转向系统的结构与原理分析交通科技与经济,安部正人日著,陈辛波译汽车的运动和操纵北京机械工业出版社,郭孔辉,刘蕴博轮胎侧偏特性的半经验模型汽车工程,王京二自由度汽车的动力分析线性分析华南理工大学学报自然科学版,王辉,喻凡基于的四轮转向车辆操纵稳定性仿真研究系统仿真学报第卷第期,郭孔辉汽车操纵动力学吉林科学技术出版社,郭孔辉,轧浩车辆四轮转向系统的控制方法吉林工业大学学报,董玉红,徐莉萍机械控制工程基础北京机械工业出版社,王洪元,石澄贤,邓明芳等语言处理及其在电子信息中的应用北京清华大学出版社,徐昕,李涛,伯晓晨等工具箱应用指南控制工程篇北京电子工业出版社,附录符号名称车辆侧向加速度车辆侧倾阻尼前轮所受侧向力后轮所受侧向力簧上悬挂质量重心到侧倾轴距离车辆绕轴的转动惯量车辆绕轴的转动惯性积车辆绕轴的转动惯量前轮外倾刚度后轮外倾刚度前轮侧偏刚度后轮侧偏刚度车辆侧倾刚度重心至前轴的距离重心至后轴的距离整车质量簧上悬挂质量车辆横摆角速度轮距车辆行驶速度前轮侧偏角后轮侧偏角车辆重心侧滑角侧倾轴的侧倾角车辆航向角前轮转角后轮转角车辆重心侧倾角前轮刚性悬架单位侧倾角的侧倾转向量后轮刚性悬架单位侧倾角的侧倾转向量前后轴距前轮转角比例反馈仿真程序秒质心侧偏角,秒横摆率,秒侧向加速度,图程序前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的系统时域图秒质心侧偏角,秒横摆率,秒侧向加速度,前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的系统图,摘要车辆的四轮转向作为提高车辆操纵稳定性的有效手段已得到广泛认可，许多新的有关四轮转向的观点被不断提出，运用技术可以有效地减小低速行驶时车辆的转弯半径，使车辆在低速行驶时更加灵活。另外，该技术还可以改善车辆在高速行驶时横摆角速度和侧向加速度等瞬态响应指标，提高高速行驶时的操纵稳定性，从而提高车辆的主动安全性。随着对汽车动力学的深入研究，人们开始认识到，四轮转向系统可以有效地提高汽车低速转向时的机动性及高速转向时的操纵稳定性，因此四轮转向系统在沉寂了多年之后目前又成为底盘控制技术的研究热点。本文根据牛顿矢量力学体系的动量定理动量矩定理及牛顿第二定律，推导出二自由度四轮转向汽车动力学模型，以二自由度四轮转向动力学模型为例，对两种经典的四轮转向控制方法进行研究，仿真结果表明这两种控制方法均在定程度上改善了汽车低速时的机动性及中高速时的操纵稳定性。关键词汽车四轮转向操纵稳定性仿真分析目录摘要目录绪论四轮转向汽车的发展历史及国内外研究概况发展历史国内外状况本章研究的背景和意义四轮转向系统控制方法简介本课题研究内容四轮转向车辆的侧向动力学模型轮胎模型轮胎模型轮胎模型的魔术公式郭孔辉的轮胎稳态指数统模型模型车辆动力学分析三自由度汽车的动力学模型二自由度汽车的动力学模型本章小结四轮转向系统不同控制方法的建模前后轮转角定比例控制的模型前后轮定比例控制的方法研究钱后轮转角定比例系统动力学模型加入横摆率反馈控制的模型的建立横摆率反馈的控制方法研究横摆率反馈的动力学模型横摆率反馈的汽车的动态响应特性基于传递函数的横摆率反馈的汽车控制本章小结二自由度控制仿真分析仿真环境二轮转向与前轮转角比例前馈控制的转向系统的仿真分析仿真所用的参数时域特性仿真加横摆角速度比例反馈的系统汽车控制定比例反馈系统与加横摆角速度比例反馈的系统比较加横摆率反馈控制的车辆的参数研究本章小结结论和展望结论展望致谢参考文献附录绪论四轮转向汽车的发展历史及国内外研究概况传统汽车装备构造中，除了专用的汽车外，两轮转向，尤其是前轮转向直是汽车转向的主要方式。对于传统的转向系布置装配构造及布置方法拥结构简单成本便宜的特点。然而，前轮转向汽车的低速时转向响应慢回转半径大，转向不灵活，高速时方向稳定性差等缺点带来了诸多不便。现代道路交通系统不断发展，汽车速度必然也随之越来越高，高速时汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵轻便程度，而且也是保证高速行驶汽车安全的个主要性能。因此，人们把它叫做高速车辆的生命线。汽车具有更快的跟随驾驶员指令的反应能力瞬时成为了客观上要求。各大汽车公司对由于四轮转向系统能够有效的改善汽车的机动灵活性和操纵稳定性非常青睐。首先在中高速范围内，通过适当控制后轮转角，能够从根本上避免由于轮胎侧偏特性而产生的过度转向现象的发生，因此提高了汽车高速行驶的安全性能。另外，运用技术，还可以有效地减小低速行驶时汽车的转弯半径，使汽车在低速行驶时更加灵活性。再者，后轮以相同的方向转动时，汽车能够产生后轮滑动角但不需要汽车侧偏角，这样就能够消除转向输入与后轮侧向力之间的时间滞后，因此有效地减少汽车到达稳态转向所需的时间，大大地改善了汽车转向的瞬态响应，便于由个车道向另个车道调整。发展历史从世纪初四轮转向技术开始萌芽，直发展到今天，已经成为较为成熟的技术，它的发展经历了漫长的过程。年，日本政府颁发了第个关于四轮转向专