基于动态稳定性的汽车侧翻预警

为提高汽车侧翻预警算法的实时性及动态过程侧翻预警的精度,提出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法。考虑车轮侧倾外倾和侧倾转向及悬架变形外倾和变形转向对轮胎侧偏特性的影响,建立多自由度汽车侧翻动力学模型;应用汽车侧翻动力学理论及劳斯稳定性判据获得汽车侧翻动平衡稳定条件及汽车侧翻动平衡状态的抗干扰稳定条件,并提出侧翻动态稳定因子作为汽车动态稳定性的评价指标;融合汽车侧翻预警机理及侧翻动态稳定因子设计出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法;针对高速紧急工况下运动型多功能车侧翻过程进行动态侧翻预警仿真分析。结果表明,基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法预警结果准确、实时,可提高动态过程汽车侧翻预警精度,降低侧翻危险的误报警率,有助于改善汽车防侧翻的主动安全性能。     

汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益的线控转向传动比,设计多增益融合转向传动比的主动转向防侧翻控制策略。建立线控转向系统模型,分析线控转向系统动力学特性;由汽车系统动力学理论求解横摆运动、横向运动及侧倾运动的转向传动比增益,采用遗传算法进行不同工况的转向传动比优化,获得多增益融合线控转向传动比;根据典型工况汽车稳定性分析规律,设计多增益融合线控转向传动比的汽车主动转向防侧翻控制策略。实例仿真结果表明,多增益融合线控转向传动比能同时改善车辆低速转向灵活性和高速转向稳定性,设计的控制策略在绊倒型及非绊倒型工况均能够有效地防止汽车侧翻,减少控制器对驾驶员转向意图的干预。     

汽车侧翻稳定性仿真与分析

研究汽车的侧翻风险与其结构和行驶因素的关系,对提高汽车侧向稳定性具有重要的意义。针对高速急转向情况,建立3自由度侧倾模型,对转向盘阶跃输入和双移线工况仿真。以横向载荷转移率为评价指标,分析汽车在不同参数下的侧翻动态特性。通过对比15自由度模型,验证所建模型符合侧倾规律。结果表明,在前悬增设横向稳定杆、降低质心高度、增大轮距,将有助于提高汽车防侧翻的主动安全性。     

基于TruckSim的搅拌运输车防侧翻控制研究

采用基于差动制动的PID控制策略,基于TruckSim和Simulink建立搅拌运输车整车模型和防侧翻控制系统,以正弦工况和不同车速下的侧向加速度、横摆角速度和侧倾角输出为研究对象,对控制系统进行防侧翻控制仿真分析。结果表明:在设定条件下,所建立的控制系统能够有效地对搅拌运输车进行防侧翻控制;随着行驶车速的提高,车辆的侧倾趋势增加,侧翻风险加大,系统控制作用更加明显。     

平衡重式叉车防侧翻可拓分层控制研究

在分析平衡重式叉车结构特性和侧翻机理的基础上,确定平衡重式叉车防侧翻控制执行机构;提出了基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略,设计了包括上层可拓控制与下层执行控制的防侧翻可拓分层控制器。上层可拓控制器将叉车防侧翻控制域分为经典域、可拓域及非域,并确定下层执行控制器的权重系数;下层执行控制器接收上层可拓控制器确定的权重系数,对横摆角速度控制器和侧向加速度控制器进行控制权重分配,并执行防侧翻控制指令,实现平衡重式叉车防侧翻可拓控制。欧标工况仿真与实车试验结果表明：基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略可有效降低叉车在高速紧急转向工况下的侧倾幅度,防止叉车侧翻,提高了平衡重式叉车的稳定性与主动安全性。     

利用车辆状态估计的客车防侧翻控制

为提高客车侧翻稳定性,提出了一种基于车辆状态估计的客车主动防侧翻控制方法。针对客车行驶过程中直接计算侧翻指标LTR困难较大、准确度较低的问题,基于TruckSim整车模型和三自由度参考模型建立了无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）状态参数估计器。结合现有车辆稳定性控制系统,设计了柔性PID控制器,以差动制动的原理对防侧翻附加横摆力矩进行补偿。通过TruckSim/Simulink联合仿真平台对客车在鱼钩试验典型工况下进行了仿真试验,结果表明,设计的主动防侧翻控制系统在中、高车速时均能降低LTR值至阈值附近,有效提高了客车的侧翻稳定性。     

基于全局增益调度控制的重型半挂车主动侧倾控制算法

重型半挂车极易发生侧翻事故,提高其侧倾稳定性可以减少事故发生和人员财产损失。针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立车速可变的8自由度动力学模型。在回路传输恢复技术(Loop transfer recovery,LTR)的线性二次高斯(Linear quadratic guass,LQG)控制方法基础上,建立全局增度调度控制的全状态反馈控制器,使LQG/LTR局部状态反馈控制器在不同车速下均能对车辆实施最优主动侧倾控制,从而实现在噪声干扰下对重型半挂车的主动侧倾控制。进行变车速阶跃转向工况下的车辆仿真,对比分析主动控制前后的重型半挂车标准横向载荷转移等参数。车辆仿真结果表明,LQG/LTR方法具有良好的抑制干扰噪声的能力,可使系统具有较好的鲁棒性和稳定性。与被动式车辆相比,变车速的全局增益调度控制算法能有效提高重型半挂车的侧倾稳定性。     

重型车辆模糊差动制动防侧翻控制研究

针对重型车辆防侧翻控制算法进行研究,基于差动制动防侧翻理论,将模糊控制与PID控制相结合,设计车辆防侧翻控制器,将车辆输入输出参数模糊化,进行模糊推理及解模糊化,建立模糊规则,开发基于预警的车辆防侧翻PID控制算法,在双移线转向输入工况下对基于差动制动和模糊PID控制的重型车辆防侧翻控制算法进行仿真分析,从仿真结果可以看出车辆在双移线试验工况中施加控制后横摆角速度、质心侧偏角及侧向加速度都得到改善,提高了车辆行驶的稳定性。结果表明基于差动制动和模糊PID控制的重型车辆防侧翻控制算法能够有效的防止车辆侧翻。     

平衡重式叉车防侧翻模型预测控制研究

为降低叉车在高速转向时发生侧翻的概率,设计了一种液压支撑油缸作为执行机构,为叉车提供侧向支撑力。针对叉车行驶过程中的安全域判断问题,提出基于零力矩点的叉车行驶状态划分策略,以零力矩点沿侧向分量与叉车支撑平面的关系作为划分依据,并考虑侧翻过程中叉车支撑平面的变化,将叉车侧倾过程分为安全行驶、危险可控以及临界侧翻3个阶段：在安全阶段油缸不提供支撑力;在危险可控阶段基于模型预测控制算法进行油缸支撑力和叉车姿态的调节;在临界侧翻阶段控制油缸为车身提供最大支撑力。该方法以三自由度叉车侧倾模型为控制对象和零力矩点计算的依据,在MATLAB/Simulink中搭建防侧翻控制器进行欧标工况仿真,并进行了实车试验,验证了防侧翻模型预测控制的有效性。     

驾驶员影响汽车侧翻稳定性机理分析与控制

针对驾驶员引起的汽车侧翻问题,分析驾驶员因素影响汽车侧翻稳定性的机理,提出融合驾驶员的人-车闭环系统差动制动防侧翻控制策略。考虑驾驶员感知、决策及执行参数的影响,建立驾驶员侧倾反应动力学模型;以某SUV为对象,分析驾驶员侧倾反应模型主要参数影响汽车侧翻稳定性的规律,包括驾驶经验参数、神经系统延迟时间及肌肉系统延迟时间;融合驾驶员及电控液压制动系统动力学特征设计PID差动制动防侧翻控制策略;选取典型汽车侧翻工况进行实例验证,结果表明驾驶员经验参数和神经系统延迟时间对汽车侧翻稳定性影响显著;提出的融合驾驶员的人-车闭环系统差动制动防侧翻控制策略既可弥补驾驶经验不足又可克服驾驶员生理及心理限制的限制,有效提高汽车防侧翻能力。     

基于多工况匹配的商用车侧翻预警方法

提出了一种MTTR(matched time-to-rollover)侧翻预警方法,该方法的关键是如何实时准确地获得车辆侧倾角和侧倾角速度。为此,利用卡尔曼滤波来估计侧倾角速度;同时,提出了三种侧倾角估计方法,以适应不同的侧翻工况,并且利用模糊推理完成工况匹配。基于以上方案,以J转向、鱼钩、双移线工况作为典型的车辆侧翻工况,在TruckSim/Simulink软件中进行了联合仿真。结果表明,MTTR侧翻预警方法能够更为直接、准确地反映车辆距离侧倾发生所剩余的时间,具有更好的预警效果。     

基于ADAMS的越野车侧倾稳定性分析与改进

为提高越野车的侧倾稳定性,利用ADAMS软件建立了整车动力学模型,并进行稳态回转和鱼钩两种试验工况下整车侧倾稳定性仿真分析。仿真结果表明,该车在稳态回转工况行驶速度高于105 km/h或实施急转弯时侧翻倾向较大。通过各结构参数的仿真试验,揭示整车质心、后桥轮距、悬架刚度和阻尼对越野车侧倾稳定性的影响,发现后桥轮距对侧倾稳定性影响最大,其他参数也有较大影响,并提出改善越野车侧倾稳定性的方法。     

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。     

轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

针对轮毂电机驱动电动汽车非簧载质量与侧倾稳定性之间的非线性关系,分析不同路面激励下非簧载质量对轮毂电机驱动电动汽车侧翻稳定性的影响,提出分层防侧翻控制策略。考虑轮毂电机驱动电动汽车四轮独立驱动特点,建立包括主动悬架在内的汽车侧翻动力学模型,确定适用于不平整路面的绊倒型侧翻因子;以某轮毂电机驱动SUV为对象,分析非簧载质量与侧翻稳定性之间的关系;根据四轮独立驱动的特点,设计分层控制器,选取典型汽车侧翻工况进行实例仿真。研究结果表明:在平整路面上,非簧载质量与车辆侧翻稳定性成正态分布关系;在不平整路面上,非簧载质量对车辆侧翻稳定性的影响存在耦合关系;提出的防侧翻分层控制器,可有效提升车辆在不平整路面行驶时的防侧翻能力。     

基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对该类车型的结构特点,建立车辆系统坐标系,借助欧拉旋转角法推导了整车在侧翻运动过程中动能、势能和耗散能的表达方程;通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量,提出综合多因素的车辆稳定性评价指标;基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器;通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动,实现了整车的防侧翻控制。研究表明,基于能量法制定的空间失稳评价指标相较于横向载荷转移率而言,更能准确、灵敏地反映整车侧倾运动状态的变化趋势,基于其设计的防侧翻控制方法通过主动分配两侧驱动力矩,削弱了相关能量转化,有效抑制了整车侧倾运动,显著提高了侧倾稳定性。     

模态分析在客车侧翻性能评价上的应用

建立了客车车身骨架有限元模型,并对3种上部结构方案的客车车身骨架进行自由模态分析,得到客车车身的前12阶的振型与固有频率。初步推测侧倾振型所对应的固有频率高的客车具有更好的侧翻性能。参照欧洲ECE R66法规要求,建立客车侧翻仿真有限元模型,利用显式非线性有限元求解器LS_DYNA对客车侧翻过程进行仿真分析。结果表明:侧倾振型频率高的客车在侧翻过程中其侧窗立柱变形量最小,具有最好的侧翻安全性能。通过模态分析可对客车侧翻性能进行初步评价,有利于缩短客车研发周期。     

模糊PID主动悬架对重型货车侧翻稳定性的改善研究

提出一种提高重型货车侧翻稳定性的模糊PID自适应主动悬架控制策略。考虑空气悬架的非线性特性,在MATLAB/Simulink平台构建了1/2重型货车-多点随机激励路面四自由度动力学耦合模型;采用模糊推理完成PID主动悬架控制参数的在线调整,并通过阶跃转向、双移线试验分析不同路面等级和侧向加速度下车身侧倾角及侧翻因子的优化效果。仿真结果表明,该策略能在保障两轴重型货车转向能力的同时,有效提高各种转向工况和路面等级下车辆的侧翻稳定性。     

基于模型预测控制的重型自卸车差动制动防侧翻控制研究

为有效解决重型自卸车在极限工况下易侧翻失稳的问题,提出了一种基于模型预测控制的差动制动防侧翻控制方法。建立了重型自卸车九自由度车辆动力学模型,以零力矩点侧倾评价指标作为自卸车的侧翻评价指标,通过差动制动控制的方法为四个车轮提供制动力矩,以提高自卸车的行驶稳定性。为验证所提出的防侧翻控制方法的有效性,在鱼钩工况和阶跃工况下,以传统PID差动制动控制和无控制为对比,进行了MATLAB/Simulink与Trucksim的联合仿真,仿真结果显示,相比PID差动制动控制,所提出的基于模型预测控制的差动制动控制方法具有更好的抗侧翻能力,且稳定性较好。     

装载量与罐式汽车侧倾稳定性关系的分析

在弯道或变道行驶时，由于非满载罐内液体货物的晃动，罐式汽车的侧倾稳定性将低于运输等量固体货物的汽车。本文分析了非满载罐内晃动液体质心位置的变化，通过建立罐式汽车侧翻数学模型，推导出了非满载罐式汽车稳态转向时的侧翻阈值计算公式，表明装载量对罐式汽车侧倾稳定性具有较大影响，并提出了改善罐式汽车侧倾稳定性的方法。     

基于TruckSim矿用汽车转向工况侧倾运动特性分析

车辆发生转向时,由于离心力的作用而产生侧倾运动,空载高速转向时该部分作用将更为明显,进而影响车辆平稳运输。根据悬挂系统的特性差异,对所研究矿用汽车前后悬挂的侧倾中心和侧倾轴进行分析;基于以上分析,对转向时的侧倾运动进行分析,获取关键参数的变化模型;根据理论分析结果,基于Matlab/Simulink建立车辆转向工况表征侧倾运动的分析模型;根据悬挂特性和转向特性,分别建立分析模型,与车辆多体动力学模型联合,基于TruckSim建立整车转向特征分析模型;分析在固定转向盘稳态回转试验时,车辆的行驶轨迹;对空载高速转向工况下,车辆内外轮转角特征曲线,悬挂刚度、位移、侧倾刚度等参数变化进行分析;对比分析考虑转向侧倾与否的转角特征及偏差与理论分析之间的差异,以验证分析的可靠性。结果可知：车辆内外侧悬挂缸出现伸缩跳动,此时出现了附加转向效应叠加在车轮上;车轮需要较大的侧偏角,满足侧向力的需要;此时,整车的转向角关系不单单满足Ackerman定理,还增加了轮胎的侧偏角;未考虑转向侧倾时,转角偏差值随着转角的增加而不断增大,最大偏差达到了0.4223°,而考虑时,转角偏差的目标值为0.3618°。因此表...