四轮转向汽车的转向机构设计+文献综述(3)
的模型和控制策略。
Ossama Mokhiamar，Masato Abe着重研究了四轮转向系统在转向时，轮胎侧向力
与纵向力的分布，以此为依据调控车辆的侧向加速度与横摆角速度响应。
H.Inoue，F.Sugasawa 研究了一种综合前馈和反馈控制的四轮转向系统，应用最
优控制理论找出控制常量，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，实现了两者的相互独立[6]
。
Spentzas K.N，Alkhazali I.引入魔术轮胎模型，并建立了三自由度四轮转向汽
车力学模型，比较了该模型与二自由度模型的开环评价指标。
MASAONAGAL提出了一种考虑汽车轮胎和悬架的非线性特性的四轮转向系统。经过
研究表明考虑到了两者的非线性能有效提高汽车的操纵性和稳定性[7]
。
RayLauraR.把随机鲁棒分析与设计方法应用到四轮转向汽车的侧向动力学容错
控制和鲁棒分析中，此分析方法一般是通过不确定性的统计学描述来决定不合适的控
制系统设计目标的出现概率。
日本东京工学院的T.Shiotsuka与Mazda汽车公司提出了基于神经网络的四轮转
向控制系统。此系统考虑到了车辆的动态特性和轮胎摩擦力的非线性。他们利用在车
辆上实测所得的数据，用神经网络方法对车和轮胎的非线性动态特性进行辨识。系统
控制器的设计是基于神经网络的自学习能力，脱离了所有的理论模型。此系统有效地
改善了车辆的动态响应特性和抗干扰（如侧向风力等）的能力[8]
。
1.2.2 国内研究现状
国内对四轮转向技术的研究起步较晚，主要涉及到一些汽车动力学模型和控制算
法研究。如：清华大学的李铂和北京交通大学的耿聪等在传统前馈四轮主动转向控制
的基础上，提出一种两自由度四轮主动转向鲁棒控制方法。该方法通过独立参数化两
自由度控制结构的引入，实现了四轮转向系统对车速变化和轮胎侧偏刚度变化的独立
补偿。该方法既充分发挥了传统前馈控制的优点，又降低了反馈控制器的阶数。实验
结果表明具有良好的鲁棒性[9]
。
北京理工大学的舒进推导了二自由度四轮转向的运动方程。得到了质心侧偏角、
横摆角速度与前轮转角的传递函数。并进行了运动学仿真，仿真结果体现了四轮转向
的优势，并提出其发展方向[10]
。
哈尔滨工业大学的李光荣利用神经网络的非线性建模能力来设计 4WS 控制系统，
目标是通过主动控制后轮转角而使车辆的质心侧偏角为零。重点研究了利用
ADAMS/Car软件建立四轮转向整车多体模型。此整车多体模型考虑了悬架机构运动学和车辆行驶时零部件的非线性特性，能更加真实地反映实际车辆的运行状况。
1.3 课题研究的意义
四轮转向系统拥有前轮转向系统不可比拟的优势，国内外纷纷开展了对四轮转向
技术的研究。汽车的转向系统是关系车辆安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对汽车
性能影响很大，因此我们对汽车四轮转向系统的研究具有很现实的意义。通过对目前
四轮转向技术的研究，我参照已有车型的参数设计了一种电控四轮转向系统及其前轮
转向器和后轮转向执行器，为国内四轮转向技术的发展提供基础。
1.4 本论文的主要内容
本论文主要研究内容如下：
第2章： 介绍了汽车四轮转向系统，完成了设计方案的选择。
第3章： 介绍了电控四轮转向系统的结构组成和工作原理。
第4章： 完成了前轮电动助力转向机构的设计计算。