转向系统是控制汽车行驶方向的重要系统。主动前轮转向技术是汽车转向系统的研究热点和发展方向。本文围绕主动前轮转向技术的控制目标,对主动前轮转向车辆的主动避障、车道保持、横摆稳定性控制策略进行了深入研究。同时,研究了主动前轮转向控制策略对电动助力转向的影响。具体的研究工作包括:(1)在原有电动助力转向系统的基础上,设计了新型的主动前轮转向系统。该系统通过一套双行星齿轮机构和助转角电机实现主动前轮转向。助转角电机可以产生纠正转角实现对车辆主动避障、车道保持和横摆稳定性的控制。原助力电机根据转向盘转矩和车辆行驶状态,输出助力力矩,实现对驾驶员手力的调节。(2)为了实现车辆的主动避障和车道保持功能,基于模型预测控制理论,建立了非线性模型预测控制策略,并进行了低附着系数路面下的主动避障与连续避障仿真实验。实验结果表明,当驾驶员注意力分散,没有观察到道路上的障碍物时,控制器可以产生纠正转角,主动实现避障。当车辆完成避障之后,控制器不再产生纠正转角,将车辆的控制权交给驾驶员。(3)为了选择最优的避障路线,建立了双层模型预测控制策略,上层控制策略用来计算最优的避障路线,并将最优避障路线传递给下层控制策略,下层控制策略计算出最优的前轮转角和后轮制动力矩大小,并将最优值施加给实际车辆,实现对最优避障路线的跟踪。(4)分析了主动前轮转向车辆的横摆失稳的原因。基于BP神经网络PID理论设计了横摆稳定性控制策略。仿真结果表明进行BP神经网络PID控制之后,车辆实现了对理想横摆角速度的准确跟踪。同时,质心侧偏角也小于不进行横摆稳定性控制的车辆的质心侧偏角。(5)基于模型预测理论,建立了主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)集成控制策略,仿真结果表明,采用所设计的集成控制策略车辆可以准确的避让道路两侧的障碍物,车辆在主动避障与车道保持过程中的横摆稳定性得到了提高。(6)提出了主动前轮转向车辆的变传动比控制策略。在此基础上,仿真分析了变传动比规律对原电动助力转向系统的助力特性、回正特性、阻尼特性的影响。考虑到主动前轮转向增加了转向系统的摩擦和惯性等因素,设计了摩擦、惯性补偿策略,并进行了仿真验证。(7)开发了具有助力功能的主动前轮转向试验台,并在试验台架上进行了主动前轮转向系统变传动比功能的验证。利用加州大学伯克利分校现代汽车研究中心的试验车辆,对所设计的非线性模型预测控制策略进行了试验验证。