多轴转向车辆侧向动力学分析

利用拉格朗日分析力学体系,推导了考虑转向系统刚度、轮胎侧偏刚度和转向助力等因素的线性多轴转向车辆的三自由度普适动力学方程.利用两轴车辆动力学方程验证了多轴转向车辆动力学方程的正确性和普适性.基于上述普适方程,给出了车辆稳态圆周行驶的评价参数.探讨了采用质心零侧偏角控制策略的多轴转向车辆转向特性.分析了影响多轴转向车辆转向性能的因素.通过仿真分析、理论推导和试验相结合的方法验证了所推结论的正确性.为多轴转向车辆的设计和转向性能评价提供了理论依据.     

多轴转向车辆的转向性能

建立了多轴转向车辆的三自由度动力学普适方程,对多轴转向车辆的不同转向方式进行对比分析。分析了多轴转向性能评价参数与车速的关系以及车辆在时域和频域的响应。分析结果表明:多轴转向车辆的转向特性取决于车身质心的位置、轮胎的侧偏刚度、各轴的分布、各轴的质量及控制算法。对于同一多轴转向车辆,前轮转向和全轮机械转向的转向性能较为接近,采用零侧偏角控制策略的多轴转向车辆在高速运行时,车辆的横摆角速度、侧偏角和车身的侧倾角都比前轮转向和全轮机械转向要小,系统反应也更快捷,显著提高了车辆的稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性。     

质心转移对四轮转向汽车转向特性的影响

为了分析汽车质量和质心位置对四轮转向汽车操纵稳定性影响,本文根据二自由度四轮转向车辆的动力学模型,运用Matlab/Simulink对四轮转向特性进行仿真研究,讨论分析了汽车质量和质心位置的改变,对四轮转向车辆转向特性的影响。研究结果表明,汽车质心转移过大时,汽车操纵稳定性大大降低。     

基于最优控制的三自由度四轮转向研究

建立四轮转向的三自由度模型,采用最优控制理论求得最优反馈增益矩阵,最后应用MATLAB/Simulink软件建立模型进行仿真;在前轮角阶跃输入下,与传统的前轮转向和比例控制的四轮转向车辆进行对比分析;结果表明,所建立的三自由度车辆模型的横摆角速度能够很快达到稳态值;质心侧偏角和侧倾角基本保持为零;降低了驾驶员的驾驶疲劳程度并且提高了行驶安全性和操纵稳定性。     

基于神经网络的四轮转向车辆控制研究

车辆操纵稳定性是影响车辆主动安全性的重要因素，四轮转向控制可以提高车辆低速行驶时的灵活性，高速行驶时的稳定性，但是传统的四轮转向控制系统大多建立在经典控制理论的基础上，对实际车辆很难得到满意的控制效果，在考虑了轮胎非线性的双自由度车模型的基础上，建立了四轮转向车辆的神经网络正模型，并对其逆模型进行了辩识，用逆模型作控制器，使四轮转向车辆的质心侧偏角在高速行驶时基本保持为零，研究结果表明，该方法比定前后轮转向比控制法效果更好。     

四轮转向的神经网络直接逆控制

采用二自由度摩托车模型研究四轮转向车辆的转向特性,建立四轮转向车辆线性二自由度动力学模型和方程.着重设计BP神经网络直接逆控制系统,通过离线辨识、在线学习控制被控系统,与其他控制方法对比表明,神经网络直接逆控制系统能够更加有效的控制后轮转角以便使车辆质心侧偏角为零,并提高车辆低速机动性和高速稳定性.     

重型半挂车侧倾稳定性仿真与分析

针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立了车速可变的八自由度动力学模型。在变车速情况下进行了阶跃转向输入下的仿真,并分析了重型半挂车结构参数和车速对其侧翻稳定性的影响。仿真结果表明:牵引车驱动轴为侧倾稳定性危险车轴,当车速过高或前轮转角过大时,首先离地;增大各轴轮距、降低簧载质量质心高度、提高半挂车悬架侧倾刚度、降低牵引车悬架侧倾刚度能够有效地提高重型半挂车侧倾稳定性。     

基于遗传算法的汽车平顺性和操纵稳定性优化

为改善汽车行驶的平顺性和操纵稳定性,建立了某SUV非线性三自由度操纵稳定性模型,研究了高速转弯工况侧倾载荷转移及轮胎的非线性特性对整车操纵稳定性的影响.提出了基于遗传算法的悬架刚度参数的优化匹配方法.以车身侧倾最小为优化目标,以弹簧刚度对悬架偏频及不足转向度影响为约束,以前、后悬架弹簧刚度及前、后稳定杆刚度为设计自变量.计算结果及实车对比表明:优化后的方案比原方案在平顺性和操纵稳定性方面有了较大的改善;采用该匹配方法,可以有效提高车辆的平顺性和高速车辆操纵稳定性.     

路面激励下主动悬架和四轮转向的协调控制

为了研究主动悬架和四轮转向系统的协调控制,建立包含悬架系统和转向系统的整车动力学模型.基于LQR控制理论分别设计了主动悬架和四轮转向的控制器,对比分析不同加权系数时车辆在路面激励下的频率响应,研究了主动悬架和四轮转向的控制对车辆操纵稳定性的影响;针对车辆的稳态响应(不考虑路面激励的影响),采用横摆率跟踪控制策略进行前后轴主动悬架控制力的匹配控制;在主动悬架和四轮转向2个单独控制器的基础上,以主动悬架控制力的匹配为主要协调机制,设计了主动悬架和四轮转向的协调控制器,对两者的控制量进行调整.仿真结果表明,主动悬架和四轮转向的协调控制可以获得优于两者简单叠加时的整车综合性能.     

汽车八自由度模型动态仿真研究

汽车振动系统是一个非常复杂的系统. 为达到准确反映整车振动情况,基于一定假设,在Matlab软件中利用牛顿法建立某汽车八自由度振动模型. 分析整车动态时域响应特性,基于滤波白噪声和二阶Pade算法,建立四轮相关路面模型. 验证路面精确度,并将其作为激励输入整车振动模型,利用Newmark显式积分法进行求解,将各响应量时域信号转化为频域响应信号并与该振动系统的频域仿真对比. 结果证明该模型的可靠性好,求解速度快. 进一步研究车身质心位置、悬架刚度、轮胎刚度和悬架阻尼等因素对驾驶员与车身质心处舒适性的影响,并基于原车参数提出改善整车舒适性的建议.     

模型跟踪四轮主动转向汽车的H∞控制

将H∞优化控制理论应用于四轮主动转向汽车控制策略研究,在建立车辆转向理想跟踪模型的基础上,提出一种基于H∞模型跟踪技术的的四轮转向4WS汽车前后轮转角主动控制新方法,并对所设计的控制器进行仿真分析与对比.通过仿真分析,从理论上验证了基于H∞跟踪控制理论所设计的控制器可以适用于汽车的四轮转向系统,能很好地跟随理想车辆转向模型,有利于提高车辆的主动安全.     

汽车转弯高维非线性动力学特性研究

车辆的转弯动力学特性是衡量车辆机动性能好坏的一个重要标准.通过建立汽车高维非线性动力学仿真模型,分析了悬架参数与轮胎参数对系统非线性动力学特性的影响,深入研究了车辆在特定转向角输入条件下的转弯非线性动力学响应;对四轮在不同扭矩作用下车辆的转弯机动性进行了对比分析;引入LuGre模型,充分考虑了轮胎的非线性特性,悬架单元采用绝对值型非线性弹性力与分段线性阻尼力,详细计算了车辆转弯时滚转角加速度、偏航角加速度、车体质心加速度、轮胎摩擦力的变化规律,应用Matlab6.5得到了具体的仿真结果;对确定车辆的横向动力学控制、转弯动力学性能预测及轮胎的磨损程度预测具有一定的指导意义.     

分布式独立驱动车辆复合转向匹配特性研究

为研究分布式独立电驱动车辆的复合转向机理,提升车辆的转向机动性、操纵稳定性,以某型8 × 8独立电驱动车辆为对象,构建整车仿真模型、分布式独立电驱动控制模型以及车辆复合转向控制模型,在几何转向的基础上,通过在驱动轮主动叠加速差转角即前馈施加车轮虚拟偏转角的方法,分析在相同轮转角状态下,几何转向模式与复合转向模式对车辆转向半径的影响。通过不同行驶工况下的动态仿真,结合车辆的横摆角度、侧向加速度、质心侧偏角等车辆稳定性特性参数,分析复合转向对于车辆操纵稳定的影响,得出分布式独立电驱动车辆复合转向匹配特性。     

多轴转向车辆转向系统的H2／H∞混合控制

推导了多轴转向车辆三自由度动力学模型,用Matlab软件和H2/H∞优化控制理论,设计了三自由度多轴转向车辆横摆率跟踪控制的H2/H∞混合最优控制器,建立了理想跟踪目标模型.以三轴转向车辆为对象,分析了该控制器对多轴转向车辆转向性能的影响.仿真分析结果表明,H2/H∞混合最优控制器使得多轴转向车辆具有很好的系统性能,同时保持了良好的鲁棒性能,提高了车辆的转向性能,保证了多轴转向车辆的安全性和操纵稳定性.     

基于前馈加反馈控制4WS汽车的三自由度模型分析

建立了基于前馈加反馈控制的4WS汽车的三自由度模型,在Mallab环境下针对不同车速时的汽车横摆角速度、质心侧偏角以及车身侧倾角的瞬态响应进行了分析,并与无控制的FWS汽车的三自由度模型结果进行了比较。结果表明：4WS汽车在低速时的机动性和高速时的稳定性都优于FWS汽车。     

全向电动底盘转向角度的检测与控制

全向电动底盘可实现四轮独立驱动(4WD)和四轮独立转向(4WS),是未来非道路车辆发展的重要方向.电动轮转向角度的精密检测和准确控制对于全向电动底盘四轮独立转向(4WS)功能的实现至关重要.介绍了一种检测和控制电动轮旋转角度的新方法.采用绝对编码器检测电动轮的实际位置,由中央控制器PLC接收绝对编码器输入的格雷码并转换为标准二进制数,经计算得到电动轮的实际转角.通过与电动轮的目标转角相比较,由PLC根据比较结果控制电动轮的运动,再通过电磁离合器的配合,实现电动底盘转向角度的检测与控制.实验表明,这种检测和控制电动轮旋转角度的方法测量准确,控制灵敏,安全可靠,为旋转角度的测量和控制提供了一种行之有效的新方法.     

基于滑模控制的4WS汽车闭环操纵稳定性研究

针对主动四轮转向的4WS汽车操纵稳定性问题,基于滑模变结构控制原理设计了4WS控制器,用于跟踪期望横摆角速度和期望质心侧偏角;同时,为了构建人车路闭环控制系统,对真实汽车驾驶员的预瞄决策机理进行了分析研究,建立了基于方向预瞄的驾驶员模型;最后,结合汽车8DOF非线性模型对人车路闭环控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明:设计的4WS控制器能够很好地实现对期望横摆角速度和期望质心侧偏角的跟踪控制;同时,基于方向预瞄的驾驶员模型也能很好地用于汽车的操纵稳定性控制。     

基于十自由度车辆模型的汽车平顺性分析

通过建立十自由度车辆动力学模型,对汽车平顺性进行分析.运用振动理论分析了车辆的传递函数和振动特性,并通过讨论选择了车身质心加速度、悬架动挠度、车轮相对动载荷、车身俯仰角加速度等参量作为平顺性评价标准.通过Matlab/Simulink对车辆振动特性进行仿真,讨论了轮胎刚度和动力总成悬置刚度对平顺性的影响.结果表明,两者的增加均导致汽车平顺性变差.通过仿真实例可见,该动力学模型可利用设计初期的车辆参数对汽车平顺性进行预测和评估,从而减少样车开发成本.     

基于扩展卡尔曼的线控转向系统转角传感器故障诊断

车轮转向角度传感器是汽车动力系统中重要的器件之一,其可靠性直接影响车辆的安全。针对线控转向系统转角传感器的可靠性问题,首先,分析线控转向系统的结构特点,建立三自由度的非线性车辆模型,以及传感器故障种类模型;其次,基于扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter, EKF）算法,利用传感器输入的转角信息,通过车辆模型估计出汽车状态,例如横摆角速度、质心侧偏角等,再与汽车状态传感器测得的实际值生成残差,构建故障诊断向量并提出诊断策略来实现转角传感器的故障诊断;最后,搭建Carsim/Simulink仿真平台进行联合仿真。结果表明该算法可以准确地识别出转角传感器发生的故障。     

基于变权重系数的LQR车辆后轮主动转向控制研究

为提高4WS汽车LQR后轮主动转向控制器的性能与适用范围,分析不同路面附着条件下质心侧偏角、横摆角速度对汽车稳定性的影响,提出一种基于路面附着系数调整最优控制中半正定矩阵Q权重系数策略.利用模糊控制理论设计变权重系数调节器,实现最优控制参数的自适应调整.通过Matlab/Simulink软件进行闭环双移线仿真试验,结果表明,在不同附着路面上行驶时,所提出的变权重系数LQR后轮主动转向控制器能够改善车辆的稳定性与安全性,保证车辆按照驾驶员预期的理想轨迹行驶,顺利完成双移线试验;相比于LQR后轮主动转向控制器,与标准双移线轨迹之间的误差降低了28.25%.通过硬件在环试验验证了这一控制系统的可行性与实时性.