基于多轴电液伺服转向系统的重型车辆操纵稳定性研究

车辆的操纵稳定性是影响车辆行驶安全性的关键因素,操纵稳定性分析通常基于经典线性二自由度车辆动力学模型。该模型忽略了转向系统的影响,直接以前轮转角为输入,无法充分描述车辆的操纵稳定性。以多轴电液助力式转向车辆为研究对象,在二自由度动力学模型的基础上进一步考虑了电液伺服转向系统对车辆操纵稳定性的影响,建立以转向盘转角为输入的多轴电液助力式转向车辆二自由度动力学模型并进行仿真分析。结果表明,电液伺服转向系统模型的加入显著增加了多轴车辆到达稳态转向的时间,且在小转角转向时车辆瞬态质心侧偏角峰值降低,车辆操纵稳定性有所改善。因此,考虑电液伺服转向系统部分的模型可有效提升重型多轴车辆转向性能分析的准确度。     

基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制研究

防侧翻车辆动力学控制是将传统的车辆动力学控制与车辆的防侧翻控制相结合的现代车辆主动安全技术。本文通过对汽车差动制动的力学特性的分析,介绍了基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制。讨论了防侧翻车辆动力学控制的控制原理和相应的控制方案,比较了两种车辆动力学控制的仿真结果,为利用差动制动控制改善车辆的操纵稳定性提供了动力学基础。     

车辆动力学稳定性控制的控制原理与控制策略研究

探讨了车辆动力学稳定性控制的控制原理,提出了相应的控制策略,并结合实例对车辆动力学稳定性控制进行了定量分析与验证,为实际设计车辆动力学稳定性控制系统提供了理论基础.     

汽车动力学模型仿真

为了模拟汽车的操控稳定性,在MATLAB/SIMULINK平台上建立了七自由度车辆动力学仿真模型.嵌入某汽车参数后,对模型进行了前轮转角阶跃输入下的仿真分析.结果表明,搭建的模型可以真实地反映车辆运动特性的变化.     

7桥混连油气悬架车辆建模及多目标优化

为获得某7桥登高车油气悬架的最优性能,设计了同侧并连+对侧交连的油气悬架混合耦连方案,并建立了整车20自由度非线性动力学模型,联合仿真分析车辆的平顺性和稳定性。通过层次分析法和极差变换标准化处理,建立包含车辆平顺性和稳定性两评价指标的优化函数,首次采用改进蚁群算法进行油气悬架系统参数优化运算,并与遗传算法参数优化结果对比。仿真对比结果显示,改进蚁群算法优化结果能够更好地抑制车身垂向-侧向耦合振动,对车辆平顺性和稳定性的改善效果较遗传算法提高了约10%。平顺性试验结果表明：加权加速度均方根较优化前大幅降低,证明了改进蚁群算法对于油气悬架参数优化问题的可行性和有效性;试验值与仿真值最大误差仅12.35%,验证了理论模型的正确性。     

车辆临界稳定状态仿真研究

在虚拟样机软件下建立目标车型的15自由度的多刚体动力学整车模型,MATLAB／Simulink软件下建立目标车型理想状态下的参考模型一线性二自由度模型。通过联合仿真,以两模型中车辆的质心侧偏角和横摆角速度作为比较参数,分析目标车型稳定性状态。可得出目标车型在什么工况下进入临界稳定状态,为车辆结构参数合理性设计、车辆稳定性控制系统的开发提供理论基础。     

主动横摆控制在车辆横向稳定性中的应用研究

以汽车系统动力学为基础,在Matlab/simulink中建立了八自由度整车模型。针对汽车实际转向时存在的非线性特点,以线性二自由度半车模型作为参考标准,结合对车辆稳定性控制原理的分析,设计了以车身横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的联合模糊控制器。采取效率车轮单独差动制动以产生附加横摆力矩的策略,最后在两种典型的试验工况下对整车模型进行仿真。仿真结果表明,采用此策略能够切实可行地实现对车辆行驶稳定性的控制,提高了车辆的横向稳定性。     

七桥混连油气悬架车辆振动优化与控制

为获得某七桥油气悬架登高平台消防车的最优振动响应,设计了同侧并连+对侧交连的油气悬架混合耦连方案。根据车辆结构特征,建立了"垂向-侧倾-俯仰-横摆"相耦合的二十自由度非线性动力学模型,联合仿真分析了车辆的振动响应特性,以及关键参数的影响规律。通过层次分析法和极差变换标准化处理,建立包含车辆平顺性和稳定性两评价指标的单目标优化函数,进行油气悬架系统参数优化运算。基于全局振动协调控制原理,应用李亚谱诺夫理论设计自适应律,进行模型参考自适应控制。仿真对比结果显示:参数优化叠加自适应控制后,车辆振动响应的评价指标得到了显著地改善。     

非线性转子-轴承系统的动力学特性及稳定性

研究非线性转子—轴承系统的动力学特性及稳定性。采用改进的自由界面模态综合技术给出一种自由度降阶方法，该方法将非线性油膜力及非线性自由度保留在物理空间，以增加非线性分析的精度，使降阶系统仍具有局部非线性特征。基于打靶法及将延续算法和打靶法相结合的轨迹预测追踪算法，研究系统非线性不平衡响应，结合Floquet理论分析非线性轴承—转子系统T周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

基于遗传算法和拟牛顿法的车辆动力学平衡点混合求解方法

车辆动力学平衡点是汽车非线性动力学分析中的关键参数。但车辆系统的非线性特征使传统的解析方法无法求解平衡点,而基于梯度的数值方法和遗传算法在求解精度和求解效率都存在局限性。为准确有效地求解车辆动力学平衡点,提出一种基于实数编码遗传算法和拟牛顿法的混合求解方法。利用达芬方程验证所提出的方法的有效性。给出基于轮胎魔术公式的3自由度车辆动力学系统模型,利用提出的混合求解方法得到不同转角输入下车辆平衡点,并与单独的遗传算法求解的结果进行对比。研究结果表明,该混合求解方法得到的结果更加准确,该方法能够快速、有效地求解3自由度车辆动力学平衡点。     

基于加速度变化率的轮胎等效侧偏刚度估计方法

等效侧偏刚度精确地反映了轮胎的侧偏特性,是汽车操纵稳定性研究中的重要参数。为此提出了基于加速度变化率的汽车轮胎等效侧偏刚度估计方法。采用三自由度汽车动力学模型,把前后轮侧向力的时间变化率表示为加速度变化率的函数。利用轮胎力学特性理论推导出瞬时等效侧偏刚度的估计公式,在汽车纵向加速度为稳态的条件下,利用轮胎侧向力的时间变化率和轮胎侧偏角的时间变化率来估算轮胎瞬时等效侧偏刚度。通过ADAMS软件的整车常半径转向虚拟试验对估计方法进行了验证。虚拟试验结果表明提出的方法具有较好的估计精度。     

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。     

车辆转向的稳定性非线性分析方法

根据协同学和非线性动力学原理,通过对车辆－轮胎系统非线性模型的分析,利用轮胎魔术公式的逐点一阶Taylor展开式,建立车辆转向系统势能函数方程。通过对势能函数曲面的分析,发现车辆转向系统的稳定区域是由车身侧偏角和横摆角速度确定的极限环,并揭示出车辆转向失稳的机理。最后,利用李亚普诺夫函数对势能函数方程进行能量变化趋势验证,进而证实所建立转向系统势能函数方程的有效性和正确性。     

基于操纵稳定性的轮胎特性匹配汽车操纵逆动力学研究

利用MATLAB/Simulink,采用非线性轮胎模型,建立考虑载荷转移的二自由度汽车模型。在此基础上,基于逆动力学原理,使用神经网络理论方法,构建汽车前后轮胎特性与操纵稳定性评价指标之间的映射关系。结果表明,通过该方法构建的网络模型可以较准确地求出满足汽车操纵稳定性要求的前后轮胎侧偏刚度组合,进而指导汽车开发过程中的轮胎选择工作。     

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。     

The state sensitivity analysis of the front wheel steering vehicle: In the time domain

In this paper, a sensitivity analysis of a front wheel steering vehicle in the time domain is considered. For this study, a two degree-of-freedom bicycle model is used. This model displays the simplest lateral dynamic effect and is useful for understanding of the dynamic characteristics and control aspects of the target system. The side slip angle and yaw rate are selected as the system state variables. Vehicle mass, inertia, cornering stiffness, and wheel base are taken as design variables. Sensitivity analyses are performed by the direct differentiation method, which is an efficient tool for error control in numerical integration. This research proposes a basis for re-design and new-design of a vehicle by checking variations in the state variable with respect to changes in the design variable. Finally, dominant design variables are suggested through simulations.     

Real-time Tire Parameters Observer for Vehicle Dynamics Stability Control

The performance of the vehicle dynamics stability control system(DSC) is dominated by the accurate estimation of tire forces in real-time.The characteristics of tire forces are determined by tire dynamic states and parameters,which vary in an obviously large scope along with different working conditions.Currently,there have been many methods based on the nonlinear observer to estimate the tire force and dynamic parameters,but they were only used in off-line analysis because of the computation complexity and the dynamics differences of four tires in the steering maneuver conditions were not considered properly.This paper develops a novel algorithm to observe tire parameters in real-time controller for DSC.The algorithm is based on the sensor-fusion technology with the signals of DSC sensors,and the tire parameters are estimated during a set of maneuver courses.The calibrated tire parameters in the control cycle are treated as the elementary states for vehicle dynamics observation,in which the errors between the calculated and the measured vehicle dynamics are used as the correcting factors for the tire parameter observing process.The test process with a given acceleration following a straight line is used to validate the estimation method of the longitudinal stiffness;while the test process with a given steering angle is used to validate the estimated value of the cornering stiffness.The ground test result shows that the proposed algorithm can estimate the tire stiffness accurately with an acceptable computation cost for real-time controller only using DSC sensor signal.The proposed algorithm can be an efficient algorithm for estimating the tire dynamic parameters in vehicle dynamics stability control system,and can be used to improve the robustness of the DSC controller.     

机械弹性车轮结构参数对汽车侧翻稳定性的影响

为深入研究机械弹性车轮（MEW）的结构参数对汽车侧翻稳定性的具体影响,利用刷子理论模型建立了MEW稳态侧偏简化理论模型,利用理论、试验以及数值仿真等方法,分析了结构参数（包括几何参数和材料参数）对MEW侧偏特性的具体影响。以改进的载荷转移率作为侧翻稳定性的评价指标建立了匹配MEW的整车非线性3-DOF侧翻预测模型,研究了车轮侧偏力学特性对侧翻稳定性的具体影响规律。结果表明：铰链组结构参数对侧偏特性影响较小,适当增大弹性环分布高度、减小輮轮断面高宽比和初始剪切模量可以增大车轮侧偏刚度和侧向力峰值,进而提高匹配机械弹性车轮汽车的侧翻稳定性。     

Vehicle Planar Motion Stability Study for Tyres Working in Extremely Nonlinear Region

Many researches on vehicle planar motion stability focus on two degrees of freedom(2DOF) vehicle model, and only the lateral velocity (or side slip angle) and yaw rate are considered as the state variables. The stability analysis methods, such as phase plane analysis, equilibriums analysis and bifurcation analysis, are all used to draw many classical conclusions. It is concluded from these researches that unbounded growth of the vehicle motion during unstable operation is untrue in reality thus one limitation of the 2DOF model. The fundamental assumption of the 2DOF model is that the longitudinal velocity is treated as a constant, but this is intrinsically incorrect. When tyres work in extremely nonlinear region, the coupling between the vehicle longitudinal and lateral motion becomes significant. For the purpose of solving the above problem, the effect of vehicle longitudinal velocity on the stability of the vehicle planar motion when tyres work in extremely nonlinear region is investigated. To this end, a 3DOF model which introducing the vehicular longitudinal dynamics is proposed and the 3D phase space portrait method is employed for visualization of vehicle dynamics. Through the comparisons of the 2DOF and 3DOF models, it is discovered that the vehicle longitudinal velocity greatly affects the vehicle planar motion, and the vehicle dynamics represented in phase space portrait are fundamentally different from that of the 2DOF model. The vehicle planar motion with different front wheel steering angles is further represented by the corresponding vehicle route, yaw rate and yaw angle. These research results enhance the understanding of the stability of the vehicle system particularly during nonlinear region,and provide the insight into analyzing the attractive region and designing the vehicle stability controller, which will be the topics of future works.     

四轮独立驱动汽车多工况路面附着系数识别研究

四轮独立驱动（Four-wheel independent drive, 4WID）电动汽车具有较好的动力学稳定性协调控制潜力,轮胎-路面附着系数的识别是汽车操纵性能控制的基础。基于视觉传感器的路面识别方案成本高,传统卡尔曼滤波算法观测精度低且难以适应含有时变结构的非线性系统。众多研究已详细介绍均一路面附着系数的估计方法,尚未充分考虑对接和对开路面的观测方案。本研究将强跟踪理论（Strong tracking theory, STT）引入无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman filter, UKF）算法,构造强跟踪无迹卡尔曼滤波（Strong tracking unscented Kalman filter, STUKF）观测器,提高识别算法的识别精度,以及对时变附着系数的适应能力。考虑多重渐消因子计算过程的复杂性,本研究降低四轮路面识别模型的维数,构造两个含单重渐消因子矩阵的二维观测器,实时观测四个轮胎-路面附着系数。仿真和试验结果表明,与传统四维UKF算法相比,改进的并联STUKF算法能够更加有效地追踪转向或直行工况下均一路面、对接路面和对开路面的四轮附着系数。