矿用汽车整车稳态转向特性建模分析

准确的整车模型对车辆稳态转向特性研究具有重要影响,综合考虑具体研究的内容和计算分析的复杂程度,以四自由度的车辆模型为基础对矿用汽车的稳态转向特性进行分析。建立矿用汽车所采用的18.00-25工程轮胎的侧偏特性模型,用于车辆操纵稳定性分析;在前后悬架侧倾特性分析的基础上,建立了整车稳态转向工况的分析模型,以车身侧倾时各轮垂向载荷重新分配的情况为依据,研究车辆悬架对稳态转向特性的影响;通过几何图解方法分析车架扭转对整车侧倾的影响;对车辆的稳态转向特性进行评价。结果表明:车架对操纵稳定性的影响程度随车辆侧向加速度的增大而增大,且适当提高车架刚度有利于改善操控稳定性;该车中性转向点侧向加速度和不足转向度基本能够满足要求,车身侧倾度与普通车辆相比较小。     

基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制

考虑车辆在极限运动工况下转向时的横摆运动、侧向运动以及侧倾运动的影响,建立以质心侧偏角、横摆角速度、侧倾角和侧倾角速度为状态变量的三自由度线性车辆模型。为了实现车辆线传操纵(steer by wire),以车辆实际质心侧偏角和横摆角速度与理想模型的质心侧偏角和横摆角速度之间的误差作为控制器输入,建立滑模跟踪控制器。考虑到状态变量之一的质心侧偏角难以直接测量,设计了降维观测器以重构车辆状态。仿真结果表明,降维观测器跟踪性能良好,准确的重构了车辆状态;与不受控制的前轮转向车辆相比,所设计的控制系统使车辆的动态特性和操纵性能有效提高。     

结构参数对铰接式自卸车行驶稳定性影响分析

铰接式自卸车引入了附加的自由度导致其横向稳定性差,转向时车身容易产生外倾现象。基于铰接式自卸车车身结构特征,搭建基于不同坐标系的车辆转向工况动力学方程,在此基础上参考车辆的侧倾自由度搭建整车模型。根据时不变输入的稳定性要求,对车辆应满足的稳定性条件进行分析。通过计算稳定性因数,研究自卸车空载和满载工况下都具有不足转向特性。通过整车结构参数的变化观察稳定性因数的变化,考察了整车结构参数、当量扭转弹簧刚度、轴距和质心位置变化、轮胎侧偏刚度对整车行驶稳定性的影响。分析结果可知:轮胎刚度、轴距和质心位置变化对铰接车行驶稳定性影响较大;同时可知刚性车的行驶稳定性问题是铰接车行驶稳定性问题的特殊情况;为整车设计提供理论依据。     

四轮转向车辆后轮转角模糊控制器的研究

为了增强车辆转向时的操纵稳定性,建立了包含侧向运动、横摆运动、侧倾运动三个自由度的四轮转向车辆三自由度动力学模型。以前轮转角和车速作为输入,利用模糊控制理论,建立了决策后轮转角大小的模糊控制器。最后运用Matlab/Simulink软件,进行前轮角阶跃试验,并与基于比例控制、反馈控制的四轮转向车辆进行对比仿真。仿真分析结果表明:所建立的四轮转向车辆后轮转角模糊控制器能够有效地缩短车辆到达稳定状态的时间,并能有效地减小质心侧偏角、横摆角速度以及侧倾角的稳态值,从而有效地提高了车辆中高速转向时的操纵稳定性。     

基于物理规划与遗传算法转向系统优化设计

转向系统直接影响汽车的操纵稳定性、运行的安全性和车轮的使用寿命,针对工程车辆转向系统进行多目标优化建模分析。以满载低速转向时转角偏差、空载高速转向时转角偏差、满载与空载的车轮跳动时轮胎滑移量及车轮摆角摆动误差为目标,建立转向系统多目标函数;应用物理规划法对所建立数学模型各优化目标进行偏好等级函数构造,确定其满意度区间,从而建立转向系统的物理规划优化设计模型;通过对遗传算法适应度函数施加约束惩罚,用其求解规划模型,从而获得转向系统满意的优化解集合。应用Trucksim对优化分析结果进行对比,获得车辆转向系统优化的最优解。     

连通式油气悬挂车辆三种行驶状况下数学模型的建立

介绍了连通式油气悬挂车辆在正常行驶、两侧车轮载荷不同及车辆转弯时三种不同状态下数学模型的建立。同独立式油气悬架相比较,能够大大增强整车的侧倾角刚度,减小车辆转弯时车架的侧倾角。通过不同的连接方式,还可以起到抗点头作用,从而提高了车辆行驶的稳定性。     

电动车四轮转向与差动驱动的联合仿真研究

为了降低电动车高速行驶时转向失稳带来的危险,提出了四轮转向与差动驱动联合控制策略以提高电动车转向时的高速稳定性。考虑轮胎非线性特性对整车的影响,在MATLAB中建立了电动车四轮转向与差动驱动联合控制下的整车动力学模型。以电动车转向过程中的质心侧偏角与横摆角速度为控制目标,采用模糊控制策略协调四轮转向与差动驱动进行联合控制,从而调节电动车的后轮转角和驱动力分配,使其质心侧偏角和横摆角速度能够跟随理想模型。通过仿真分析得到了转向时电动车的质心侧偏角和横摆角速度的动态响应。结果表明:在四轮转向与差动驱动联合控制下,可以将电动车质心侧偏角与横摆角速度控制在接近理想状态,从而提高电动车在高速时的转向稳定性并加快车辆的侧向响应速度。     

轿车稳定杆连接杆布置位置对整车操稳性能的影响研究

针对横向稳定杆连接杆布置位置会影响整车操稳性能的问题,对两种布置方案(布置在主销前侧、主销后侧)从空间力学角度进行了受力分析。提出了稳定杆连接杆布置在主销后侧会增大悬架侧倾转向系数,从而有利于整车不足转向的方案,并在ADAMS中建立了带有非线性稳定杆的悬架、整车装配模型,通过悬架KC仿真,对稳定杆影响比较大的悬架侧倾转向系数、侧倾角刚度等指标进行了分析;通过整车稳态回转工况仿真,就两种布置方案对整车性能的影响进行了分析。研究结果表明:横向稳定杆连接杆布置在主销后侧,整车不足转向度会增加20.59%,车辆稳定性变好;但同时整车侧倾梯度也会增加2.24%,车辆安全性变差。     

基于状态反馈的主动转向控制

通过对前轮主动转向结构形式的分析和简化,建立了状态空间形式的主动前轮转向动力学模型。并以转向盘转角、横摆角速度和侧偏角为优化目标,设计了线性二次型调节器控制。通过横摆角速度和质心侧偏角的共同反馈,控制电动机助力转角,实现主动转向。控制过程中,设计状态观测器对难以直接测量的质心侧偏角信号进行估计,满足系统对反馈信号的需求。利用Matlab对转向路径跟踪过程及遭遇侧向风作用工况的仿真分析表明,通过横摆角速度和侧偏角的反馈控制,将横摆角速度控制在理想的范围,质心侧偏角被限制在车轮的线性范围内,有效地改善整车的转向特性,提高汽车的操纵稳定性。     

三轴电控电动式全轮转向系统设计与控制研究

系统方案的合理确定和控制算法的选择是三轴车辆全轮转向系统设计过程中的两个关键问题。首先针对三轴车辆全轮系统方案确定问题,设计了一套电控电动式的全轮转向系统,并对系统涉及的关键环节进行了分析。同时,针对通常采用的零侧偏角比例控制全轮转向系统,高速转向时车辆横摆角速度增益过小,系统鲁棒性不好的问题,基于鲁棒控制理论,设计了零侧偏角比例控制前馈和H2/HH?鲁棒控制反馈的全轮转向控制器,并对车辆性能和车轮转角情况进行了仿真分析,仿真结果表明:鲁棒控制器能够保证车辆具有较为理想的质心侧偏角和横摆角速度,同时,相比而言,车辆状态参数响应和收敛速度更快,中后轴车轮转角更小。     

转向工况下的混合动力汽车电子差速控制技术

混合动力汽车在转向过程中易受轮胎垂向载荷、侧向力等因素的影响,为保证其稳定行驶,提出了基于改进相对滑移率的混合动力汽车电子差速控制技术。考虑车辆驾驶时轮胎垂向载荷、侧向力和侧偏角等因素,运用刚体运动原理构建混合动力汽车动力学模型;以车外某点为圆心,通过阿克曼理论计算前轴内外车轮转向角,参考汽车质心速率推算内外车轮转向工况下行驶速度,明确双驱动轮转速;推算内外侧转速和驱动轮距真实转速的耦合关系,将相对滑移率拟作差速控制参数,计算车辆系统性能指标,利用线性二次模型推导差速控制规律,以系统性能指标最小为目标,构建车辆系统最佳差速控制器。结果表明,所提技术能将电子差速滑转率控制在极低水平,降低了车辆的打滑概率,显著提升了车辆驾驶安全性。     

基于阿克曼定理的四轮独立转向模糊控制算法研究

基于阿克曼转向定理,研究电动汽车四轮独立转向系统。利用轮胎"魔术公式"建立二自由度非线性模型,并提出一种基于模糊策略的方法对其质心侧偏角进行控制。整车系统仿真的输入为左前轮车轮转角,其余3个车轮转角由模糊控制决定。质心侧偏角作为模糊控制器的输入,满足阿克曼定理的3个车轮转角作为其输出,由此实现四轮独立转向的控制。仿真研究结果表明所提出算法的有效性。     

多轴车辆轮胎侧偏磨耗控制方法

针对多轴车辆轮胎磨损较为严重的特点,建立多轴车辆转向动力学模型。在考虑轮胎侧偏磨耗功率分析的基础上,在保证车辆质心侧偏角为零的前提条件下,以整车轮胎磨耗功率最小为目标,以车辆匀速行驶受力平衡为约束条件,利用拉格朗日乘子算法对多轴车辆各轮胎侧偏角进行优化,获得了多轴车辆在匀速转向行驶过程中各轴轮胎侧偏角和驱动力的函数关系式;得到轮胎侧偏磨耗最小条件下的轮胎侧偏角和驱动力的变化规律。分析结果表明:车辆同轴左右侧轮胎侧偏角相等时,轮胎侧偏磨耗功率最小;在轮胎侧偏磨耗功率最小的条件下,轮胎侧偏角、驱动力不仅与车辆质心位置、车轴分布、轮胎侧偏刚度结构有关,而且与车辆的行驶状态有关;控制方法简单易实现,可有效降低轮胎磨耗,降低车辆使用成本。     

考虑轮胎侧偏特性的赛车转向几何研究

为了提高赛车轮胎侧向附着合力及转向极限侧向加速度,提出了一种考虑轮胎侧偏特性的转向几何。通过分析轮胎侧偏角的影响,确定了整车转向瞬心位置,并建立了三自由度整车模型。结合轮胎力学模型,以最大化整车轮胎侧向附着合力为目标,采用隔代映射遗传算法对考虑轮胎侧偏特性的转向几何进行求解。整车仿真和试验结果表明,相比阿克曼转向几何,考虑轮胎侧偏特性的转向几何可以更有效地增大整车轮胎的侧向附着合力,提高赛车在极限工况下的转弯性能。     

基于联合模型铰接汽车原地转向工况特性分析

铰接汽车的转弯半径小,结构简单,被广泛应用适合于地下巷道运输。此类车辆原地转向呈“折腰”现象,在建立模型时影响因素多误差大。根据双液压缸转向系统的结构布置特点,对原地转向工况进行几何学分析,获取该工况的转向轨迹;基于轨迹分析,应用Simulink建立分析模型;针对整车和液压系统,分别应用ADAMS和AMEsim建立模型,联合建立分析模型;将原地工况液压缸受力拟合方程施加到模型中,对铰接点受力和整车轨迹进行分析;选取车体质心位置向前、向后等的变化,对铰接点受力、车轮受力及轨迹等的影响进行分析。结果可知：原地转向时,前后车体内外轮运动方向相反,且受力方向相反,实现整车顺利转向;后车体车轮所受垂向力波动比较频繁,这对铰接车转向稳定性有很大影响;当后车体质心位置前移或后移时,铰接体所受的纵向和横向的力均增大,后移时,受力情况更为恶劣;模型获得的原地转向轨迹呈现的是一种类似于“折腰现象”的转向方式,这与实际运行情况相符,解决了模型误差大的问题,为此类设计研究提供参考。     

悬架K ＆ C特性参数对整车操纵稳定性的影响分析

基于多体动力学理论建立了某车型动力学仿真模型,改变前悬架K＆C特性参数--车轮外倾角、前束角和侧倾角刚度,仿真分析了稳态回转试验和转向盘角阶跃输入下的不足转向度、横摆角速度响应以及侧倾角响应的变化特性,总结了悬架K＆C特性参数对整车操纵稳定性的影响分析。所做研究对整车操纵稳定性性能的正向开发有一定的指导意义。     

弯道模式下FSAE赛车后轮随动转向特性研究

通过理论分析建立后轮瞬态随动转向系统数学模型,分析得出摆臂旋转角度及摆臂与车身连接衬套刚度是影响随动转向的主要因素;为验证理论模型的正确性,用ADAMS软件建立包含后轮随动转向特性的FSAE整车模型,后轮随动悬架模型设计为扭力梁悬架,衬套刚度通过动静刚度试验机获取,柔性扭转梁通过ABAQUS输出模态中性文件获取;反向车轮激振仿真表明:左右车轮中心可以获取随动转向位移,与理论数模模型对比,误差仅为1.7%;整车弯道仿真表明:车辆入弯时为过渡转向,出弯时为不足转向,整车兼顾平顺与操稳性;扭力梁安装位置C值变动时,随着C值的增加,不足转向特性趋势减小,整车稳定性便能变差;衬套安装角度θ增加时不足转向特性趋势减小,整车稳定性能提升。     

某轻型商用车侧倾角研究分析

车身和车轮之间的车辆悬架系统为簧上簧下质量提供了相对位移的空间,悬架的刚度、侧倾中心位置、稳定杆的匹配对整车侧倾都有重要影响,合理的整车侧倾角保证行驶安全的同时也让乘客有良好的主观安全感。本文推导了扭杆弹簧扭转刚度公式,同时基于此公式和整车侧倾模型对某轻型商用车侧倾角进行匹配计算,并通过试验验证。结果表明:整车侧倾角符合设计要求,且计算结果的精确度较高。     

基于多体动力学车辆操纵稳定性影响因素分析

操纵稳定性是自卸车安全高效运输的重要保证,影响其的因素较多,正确建立分析模型是研究影响因素的重要前提。结合自卸车所采用的油气悬架系统的结构和性能特征,基于多刚体动力学法,建立4自由度某自卸车的动力学模型和数学模型。在时不变输入状态下,采用稳定性理论分析,判断整车系统具有稳定性的条件。基于所搭建的整车多体动力学模型,整车在满载与空载时,对车辆簧载质量质心位置、轴距、悬架系统参数等主要结构参数变化时,各状态参数的响应进行分析,获得主要参数变化对整车操纵稳定性的影响。由分析结果可知:当簧载质量质心越靠近前轴时越有利于提高操纵稳定性;侧倾轴线与簧载质量质心的高度对质心侧向速度与横摆角速度影响较小;悬架的刚度对整车质心处的侧向速度和横摆角速度的影响较小;相同条件下,应该选择轴距较长的设计;车辆前悬架刚度取值越小,而后悬架取值越大,则车辆稳态转向时,簧载质量的侧倾角越小;簧载质量质心越靠前越有利于提高车辆的操纵稳定性;所采用的研究方法和获得的研究结果为此类设计提供参考。     

应用平面投影和空间运动学进行转向梯形机构分析

转向梯形机构对轮胎磨损、转向力和转向半径都有重要的影响,基于平面投影和空间运动学分析方法,结合矿用汽车整体式转向梯形机构的特点和工作特性进行建模分析,搭建转向梯形机构的平面运动数学模型和包括前轮定位参数、考虑车身侧倾和轮胎侧偏特性在内的空间运动学的数学模型,以转向过程中外侧车轮实际转角与理论转角误差平方和最小为目标函数,应用MATLAB软件完成了转向梯形机构的优化设计,确定了转向机构的设计参数。将蒙特卡罗的方法用于带有加工误差的转向梯形机构的求解,保证了转向过程中转向轮转角的精度。