汽车动力学仿真中轮胎模型的建模

针对当前车辆动力学模拟与动态控制研究中所采用的经验轮胎模型需要大量实验数据的情况,探讨了利用理论轮胎模型来进行车辆动力学建模与仿真的实现方法,以改善轮胎经验模型对实验数据过于依赖的不足。通过研究,利用MATLAB／Simulink软件实现了Gim理论轮胎模型的模块化建模和动力学仿真分析。仿真结果和实验数据的对比表明：Gim理论轮胎模型的精度高,能准确预测轮胎的力学特性;所建立的Simulink轮胎子模块通用性强,所需参数少,运算快,为车辆动力学的实时仿真提供了很大方便。     

考虑地面变形特性的车辆地面耦合系统的建模与仿真

利用虚拟样机技术,在ADAMS/View环境中建立某款铰接式自卸车的刚柔耦合的多体动力学模型,并通过整车道路模拟试验验证了模型的准确性。同时以汽车地面力学为基础,综合考虑轮胎与地面的接触变形特性,建立轮胎—变形地面接触模型,并将该模型以S－函数形式描述,生成Matlab/Simulink仿真模块。通过ADAMS/Control将车辆模型输出到Simulink中形成车辆模型子模块,与轮胎—土壤接触模型进行集成,从而建立考虑地面变形特性的车辆地面耦合系统模型及其仿真平台,为研究车辆地面耦合问题以及车辆系统的优化提供有效的方法和工具。     

四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制

引入Gim轮胎模型建立四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,提出四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制方案,基于模型追踪控制技术推导了直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制器。借助Matlab/Simulink软件,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,与传统二次最优控制相比,四轮转向鲁棒最优保性能控制方案可获得更好的控制效果,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控制变量,提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制方案,基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速转角大转向时,直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。     

车辆半主动悬架分数阶天棚阻尼控制器设计

为研究分数阶微积分在车辆半主动悬架控制中的应用效果,以某重载车辆空气悬架系统为研究对象,建立2自由度1/4车辆动力学控制方程,构建分数阶天棚阻尼控制器模型,讨论微分算子和阻尼系数对控制系统的影响。采用Oustaloup算法来模拟分数阶微积分,得到可在Matlab/Simulink中使用的控制器模型,并对该系统进行了仿真分析。结果表明:在不同路面激励下,在车身加速度和轮胎动载荷控制中,分数阶天棚阻尼控制优于整数阶天棚阻尼控制,被动悬架最差;而在悬架动挠度控制上,整数阶天棚控制最优,分数阶天棚次之,被动控制最差;从综合性能指标来看,分数阶天棚阻尼控制策略更能有效地抑制车身共振,提高驾乘舒适性和安全性。     

四轮转向车辆直接横摆力矩的模糊PID控制研究

引入轮胎魔术公式,建立了四轮转向车辆的三自由度非线性动力学模型。将四轮转向与直接横摆力矩相结合,以车辆横摆角速度为控制变量,设计了模糊PID控制器。利用Matlab/Simulink工具,将此控制器应用于非线性四轮转向车辆动力学模型进行了仿真。     

基于虚拟样机技术的EPS仿真分析

在虚拟样机和Simulink软件中建立了电动助力转向系统的动力学模型,运用PID控制方法控制助力扭矩,通过动力学模型与Simulink软件中的控制模块结合起来,对车辆的操纵稳定性进行联合仿真分析。仿真结果表明,建立的模型和联合仿真分析是有效的,为电动助力转向系统的仿真研究提供了一种行之有效的方法,说明EPS可以明显改善车辆方向盘角阶跃输入的瞬态响应特性。     

悬架传力及车辆动力学的形成分析

车辆的运动状态是由地面轮胎力及悬架在车轮与车身之间传递的动力决定的,对悬架传力分析有助于理解车辆动力学的形成、确定悬架的类型和所用部件的材料。车辆动力学方程是进行车辆状态估计及车辆控制策略开发时建立仿真模型的基础,以便对不同的分析重点选择不同数量自由度的模型来研究。     

基于动力学模型的车辆防抱死制动系统仿真

将系统动力学与智能控制理论相结合对汽车制动防抱死控制系统进行了研究,利用matlab/Stateflow仿真技术,建立了基于七相位逻辑门限值控制算法的ABS仿真程序,建立了包括车身模型、轮胎模型、制动系统模型在内的七自由度的车辆动力学模型,准确地表达了车辆的动态特性。在实验中以捷达GTX轿车的车辆参数为模型,对其在高附着路面下不同车速的防抱死制动过程进行了仿真,并通过仿真的实验的结果来改变逻辑门限值的选取,进而完善ABS控制算法。该仿真系统的车辆模型参数在经过修改后可适用于不同ABS产品的开发并对ABS与目标车辆的匹配提供了依据。     

采用RKF轮胎力估计的4WID电动汽车纵向速度估计研究

车辆纵向速度、轮胎力的准确获取是车辆主动安全控制的前提和基础,由于直接测量纵向速度和轮胎力的车载传感器价格极其昂贵,提出了采用随机卡尔曼(RKF)轮胎力估计的纵向车速估计。利用普通车载传感器直接测量的车辆状态参数结合车辆七自由度模型,采用RKF算法估计轮胎侧向力;其次,根据估计的轮胎力,运用卡尔曼滤波(KF)技术实现纵向车速估计。Car Sim与MATLAB/Simulink联合仿真结果验证了该方法的有效性。     

四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了四轮转向半挂汽车列车的非线性动力学模型.提出了四轮转向直接横摆力矩的集成控制方案,以零侧偏角为控制目标确定了半挂汽车列车牵引车后轮转角,以牵引车横摆角速度为控制变量,基于模糊控制技术设计了直接横摆力矩模糊控制器.借助Matlab/Simulink,对该控制器的有效性进行了验证.仿真结果表明,高速大转向时,四轮转向直接横摆力矩集成控制器能得到较好的输出响应,显著提高了半挂汽车列车的操纵稳定性,使驾驶员能够对半挂汽车列车进行正常操纵.     

汽车主动悬架与电动助力转向的集成最优控制

建立整车悬架与电动助力转向集成动力学模型,并设计LQG最优控制器。通过在Matlab／Simulink环境下进行仿真运算,其结果表明,采用所提出的控制策略,不仅使汽车的侧倾角速度、悬架动挠度和轮胎动位移有所改善,而且使车辆的行驶平顺性、操纵稳定性有所提高。     

The influence of wheel/rail gap and rotating mechanism on dynamic performance of APM

The dynamics equations of Automatic passenger mover (APM) vehicle with the middle-guiding single-axle tire running gears were derived using linearized tire model, in which side force and rolling contact effect on running tire are taken account. A simulation model of APM vehicle based on Simulink environment was built using object-oriented programming technique, and the effects of contact statues between guiding tires and rail and different rotation modes on of curving performance and ride quality were studied. The simulation has shown that the preload force on guiding tires don’t improve curving performance but significantly worsen lateral ride quality, whereas the gap between guiding tires and rail will increase the running tires side force and guiding tires radial force on curve. The gap between guide tires and rail should be controlled between 0 and 5 mm on compromising the curving performance and ride quality of APM vehicle. The cornering force of the rotating mechanism above the springs mode is greater than that of the below mode, and decreases with the increase of the curve radius, which is unfavorable to the curve passing.     

Fuzzy chaos control for vehicle lateral dynamics based on active suspension system

The existing research of the active suspension system（ASS） mainly focuses on the different evaluation indexes and control strategies. Among the different components, the nonlinear characteristics of practical systems and control are usually not considered for vehicle lateral dynamics. But the vehicle model has some shortages on tyre model with side-slip angle, road adhesion coefficient, vertical load and velocity. In this paper, the nonlinear dynamic model of lateral system is considered and also the adaptive neural network of tire is introduced. By nonlinear analysis methods, such as the bifurcation diagram and Lyapunov exponent, it has shown that the lateral dynamics exhibits complicated motions with the forward speed. Then, a fuzzy control method is applied to the lateral system aiming to convert chaos into periodic motion using the linear-state feedback of an available lateral force with changing tire load. Finally, the rapid control prototyping is built to conduct the real vehicle test. By comparison of time response diagram, phase portraits and Lyapunov exponents at different work conditions, the results on step input and S-shaped road indicate that the slip angle and yaw velocity of lateral dynamics enter into stable domain and the results of test are consistent to the simulation and verified the correctness of simulation. And the Lyapunov exponents of the closed-loop system are becoming from positive to negative. This research proposes a fuzzy control method which has sufficient suppress chaotic motions as an effective active suspension system.     

基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法

通过对非线性汽车动力学模型进行分析,提出了一种基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法。轮胎侧向力的估计采用三个基本步骤,首先基于干扰观测器对侧向力横摆力矩进行估计,然后利用最小二乘法对两前轮与两后轮侧向力之和进行估计,最后采用垂向载荷按比例分配的经验方法对各轮胎侧向力进行估计。基于MATLAB/Simulink软件,对此轮胎侧向力估计系统进行仿真,将所得结果与CarSim动力学仿真软件结果进行对比,并采用硬件在环仿真平台进行试验验证。结果表明,所提估计算法能够准确地估计出轮胎侧向力,避免了复杂轮胎模型的运用以及对地面附着系数的依赖。     

基于ADMAS与MATLAB的合作机器人的联合仿真

为了分析Cobot的动力学性能,应用ADAMS/View和MATLAB/Simulink对四自由度Cobot进行了联合仿真。仿真结果表明,该仿真模型具有Cobot机器人的特点,可以方便地获得Cobot的动力学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据。联合仿真的方法为复杂机械系统的控制仿真提供了新思路。     

基于主动前轮独立转向系统的车辆稳定性控制研究

针对传统主动前轮转向（AFS）系统存在的问题,阐述了新近被提出的主动前轮独立转向（AIFS）系统结构和工作原理,建立了AIFS系统多体动力学模型,研究了AIFS系统的安装对悬架性能的影响;在MATLAB/Simulink中建立了14自由度整车数学模型,设计了AIFS滑模控制器及附加转角分配模块,在阶跃、正弦等转向工况下,仿真计算了大侧向加速度工况下AIFS的控制效果。结果表明：AIFS系统的安装增加了外侧车轮滑磨;高速转弯时,AIFS系统较AFS系统可以更好地跟踪理想横摆角速度和理想运动轨迹,产生更大的转弯通过加速度,保证内外侧轮胎均在侧向力饱和之前区域工作,使左右轮胎工作负荷趋于相等,实现了“能力越大的轮胎贡献越大”的控制目标,提高了车辆极限转弯时的侧向稳定性。     

非对称缸垂直力加载系统研究

介绍了非对称缸垂直力加载系统,讲述了该系统的工作原理,推导出该系统的动态响应数学表达式。以Mat-lab中动态仿真工具Simulink软件包为开发工具,将其应用于该闭环控制系统的动态响应计算中,给出了考虑干扰量情况下的Simulink仿真方法。