1. 研究目的与意义
自19世纪末第一辆汽车被发明以来，大约有100年的时间，除了那些为某些特殊目的而设计的车辆，前轮转向一直被用来控制机动车辆的方向。
这种起源于马车的转向技术，几十年来一直被认为运行得相当好，没有造成任何严重的不便。
人们理所当然地认为汽车应该用这种方法来操纵。
2. 课题关键问题和重难点
课题拟解决的关键问题：
1.随着速度的增加，机动车辆在横向加速中受到时间延迟的增加。因此，为了保持其作为闭环系统的稳定性，驾驶员必须在其转向控制中提前相位引导，以补偿车辆响应中增加的延迟。减少横向加速度和横摆角速度的相位滞后。
2.4WS系统设计用于引导后轮在与前轮相反的方向，以便在低速时提供更好的车辆机动性能。这种控制技术总是将前轮和后轮转向相反的方向，不适合高速行驶，因为它在横向加速度响应中涉及较大的相位滞后。因此在这一领域的研究活动中，拟解决的关键问题应该是如何在车辆低速时的机动性和操控性两方面进行改进高速质量。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着现代交通系统的越趋复杂以及汽车技术的不断发展，汽车的主动安全也日益受到重视，特别是先进的主动底盘控制技术更是汽车发展的重要方向。而四轮转向技术则是主动底盘控制中的一种类型。自发明汽车后，前轮转向一直是汽车转向的主要方式。但是前轮转向汽车有其固有的缺陷：低速时转向响应慢、转弯半径大、转向笨重、高速时转向稳定性差、超车变道困难等。特别是随着汽车的增加，在较多场合停车时对于新手司机也是一种困难与挑战。Ossama Mokhiamar，Masato Abe[1]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。Inoue H,Sugasawa F.[2]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。Spentzas K.N，Alkhazalil.[3]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。MASAO NAGAL[4]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。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。
国内对于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。法研究。如：上海交通大学的喻凡[5]教授采用了PID控制和非线性的滑模控制理论，结合了直接横摆力矩，对汽车模型进行了集成控制。孙国强[6]研究了后轮独立驱动电动汽车可以实现四轮转向，其中前后轮的转向分别通过传统转向和差动转向来实现，建立其动力学模型，并以传统四轮转向车辆为参考模型，结论后轮的转向可以通过差动转向来实现。辽宁工业大学的何浩然[7]研究了四轮独立转向/独立电驱动汽车四轮转角与转矩独立可控，易于实现四轮转向控制，在主动安全控制方面具有独特优势。2014年党涛[8]简述车辆四轮转向技术的应用经过对机场牵引汽车四轮转向系统的研究，提出一种新的控制方式，在随动轮角度跟随基础上加入汽车行驶速度控制因子，既解决了车辆高速行驶的稳定性问题，也保证了车辆低速转弯的灵活性。吉林大学的李犇[9]针对四轮转向系统研究了汽车在行驶过程中如果更好的控制协调性，更有利于汽车的流畅行驶与四轮转动。武汉理工大学的钟绍华[10]教授通过建立Q自由度的4WS模型，分析其对定性的影响。4WS作为改善汽车操纵稳定性能最有效的一种主动底盘控制技术，通过对汽车转向系统的直接作用，有效地改善了汽车的转向操纵性能和行驶安全性能。车辆稳定性控制系统(VSC)从提高汽车行驶稳定性的控制目标出发，通过调节作用在车轮上纵向力的大小，在车体上产生一个横摆力偶矩，从而纠正汽车的行驶姿态，改善汽车的转向特性，使汽车在各种路面和各种行驶工况下都获得良好的行驶稳定性。
当今社会，道路交通设施不断完善，汽车的新技术也不断涌现。汽车的保有量也越多，如何提高汽车行驶时的安全性尤为重要，被动安全已经不能够满足人们的要求，主动安全得到了越来越多人的高度重视。4WS是一种能有效提高汽车行驶稳定性的技术，它可以使车辆低速时改善其机动性，可以使车辆在高速时改善稳定性。
4. 研究方案
随着现代汽车技术的发展和行驶速度的提高，改善车辆操纵稳定性，提高高速行驶安全及舒适性日益受到重视。以侧偏角为零作为控制目标的后轮转角比例控制，会造成横摆角速度的稳态增益有较大改变，从而使驾驶员丧失了原有的转向感觉。传统的四轮转向控制方法通常在高速时使车辆横摆角速度稳态值较前轮转向明显减小，驾驶员在转弯时必须靠多打方向盘来达到预期的转向角度，这无疑会增加转向的困难，导致驾驶员的疲劳。与前轮转向(2WS)汽车相比，4WS汽车将后轮也作为主动转向轮，前后两组四个车轮都能够根据需要起转向作用，转向过程中，可对汽车侧向运动进行主动控制。通过对后轮附加某一特定的转角，产生质心侧偏角与前轮产生的质心侧偏角叠加，使车辆侧偏角基本为零。4WS系统能有效地提高低速时的机动性和高速时的操纵稳定性，从心理上和体力上减轻驾驶员的负担。因此，4WS的理想性能应该是：满足整车质心侧偏角尽量接近零的同时还要满足横摆角速度稳态增益与前轮转向时不发生大的变化。另外，为了具有较好的瞬态性能，横摆角速度和质心侧偏角响应谐振峰值要尽可能小，即在高速范围内的响应瞬态增益要得到设计的镇定，使之瞬态、稳态特性都能达到较高的要求。
在确定4WS稳定性控制策略的基础上，建立了理想参考模型，进行了控制方法的研究，设计并研制了控制器并对控制效果进行了初步评价。具体内容包括：
①根据4WS 控制性能评价指标，确立控制系统的总体设计思路。与通常4WS采用的前轮转向角比例前馈加横摆角速度比例反馈控制后轮转向不同，横摆角速度与理想参考模型的误差信号对前轮转角进行动态补偿。这在控制思路上与传统做法有很大的不同，为4WS在控制思路上提供了新的选择。
5. 工作计划
大四下学期，我们进行了实习工作。在此期间，论文更是重中之重。在拿到课题任务的时候，虽然对此课题有点儿陌生，但这同时也使我很感兴趣，主要是针对汽车电动四轮转向控制系统的研究。随后老师下发了外文翻译，经过翻译阶段，使我对自己的课题渐渐有了一些认识，慢慢了解到随着现代道路交通系统和先进汽车技术的发展，为满足汽车在各种行驶情况下的转向性能，汽车的四轮转向技术得到了应用。于是在经过参考翻译内容以及在网上查阅资料的同时，对本论题所要研究的问题有了更进一步的认识。以下则是我整个论文期间的工作计划：
2022年12月23日-2023年1月25日：
