基于Adams/Car的汽车前悬架仿真分析及优化设计

针对某车型的麦弗逊前悬架系统,用车辆多体动力学仿真软件Adams/Car建立该悬架的虚拟样机模型,对其进行双轮同向跳动激振仿真分析,并综合评价该悬架的车轮定位参数、主销后倾拖距和转向角随轮跳的响应特性.在仿真分析的基础上,针对不合理的结构设计参数,利用Adams/Insight模块进行基于设计变量灵敏度分析的优化设计.优化后的悬架参数能很好地满足设计要求,从而达到提高该悬架系统整体性能的目的.     

基于LuGre摩擦模型的轮胎自振系统数值分析

为用多边形磨损理论研究汽车轮胎磨损,针对最简化的单自由度胎面-路面非线性系统,单独分析胎面侧向自激振动特性与车速的关系. 将LuGre摩擦模型引入胎面-路面单自由度振动系统,模拟轮胎与路面的实际摩擦情况. 利用Matlab仿真胎面在不同车速条件下的振动情况. 结果表明在一定的系统参数设置下,胎面在轮胎宽度方向上能产生硬自激,且车速范围与已知情况基本吻合,从而证明该理论模型正确.     

液压互联悬架参数对其刚度和阻尼的影响

在车辆悬架强度设计问题的研究中,抗侧倾液压互联悬架系统的刚度和阻尼不仅与车辆的机械系统的参数相关,还与液压系统的参数相关.为了研究液压互联悬架系统参数对悬架等效刚度和阻尼的影响,建立了装有抗侧倾液压互联悬架的SUV车辆在侧倾平面内的频域振动半车模型,推导了系统的等效刚度和阻尼的表达式,得到了由系统参数求悬架等效刚度和阻尼的仿真分析方法,并分析了液压缸上下腔的面积、液压缸的直径、储能器的预充压力等参数对系统的等效刚度和阻尼的影响.结果表明抗侧倾液压互联悬架系统的液压元件参数改变对系统等效侧倾刚度及系统的等效阻尼的影响很大,但对系统的垂向等效刚度影响很小.仿真结果可以为液压互联悬架系统的刚度和阻尼设计提供理论依据.     

基于有限元的轮胎自激振动时频分析

研究汽车轮胎减少磨损,延长使用寿命的问题,轮胎多边形磨损与胎面质量块的侧向自激振动密切相关.了解产生自激振动的速度区间以及胎面与地面的摩擦状态就显得十分重要.因此建立了轮胎一地面系统的理论模型,引入符合轮胎橡胶摩擦规律的摩擦曲线.运用有限元软件,建立子轮胎与地面有限元模型,导入上述摩擦曲线,分析了位移时间历程和位移速度相平面图,发现了容易产生自激振动的速度区间.选择三种特征车速进行仿真.结果证明通过研究可以减少轮胎的磨损量,延长寿命,为今后轮胎多边形磨损正确建模有参考价值.     

基于虚拟机的飞机起落架运动模型构建研究

研究飞机起落架运动模型的构建,保证模型构建精度.在飞机起降时,前轮摆振是一种严重威胁飞行安全的现象,因其摆振的不规律性,传统的动态模型构建方法不能正确对摆振进行稳定性分析,造成构造的模型精度不高的问题.为了解决上述难题,提出了虚拟机的模型构建方法.由于柔性虚拟机理论利用轮胎特性和动力学参数对前轮摆振特性准确分析,避免了刚性摆振研究的不准确,通过在ADAMS中分析得到数据特性构架起落架的准确虚拟机模型,根据起落架摆振试验和相关工况对模型进行校验,保证了构建模型的精度.仿真结果表明,模型构建方法能够有效解决摆振的影响,构建高精度的蘑菇型,使模型更逼近现实,为起落架研发提供可靠的数据参考.     

消隔组合X型减振器设计与动力学分析

本文将一种X型结构与线性弹簧阻尼减振器相结合构成一种兼具消振和隔振性能的新型X型减振器.基于拉格朗日方法建立单自由度线性振子耦合消隔组合X型减振器系统的动力学方程,应用谐波平衡法得到系统稳态响应的近似解析解,并通过Runge Kutta法得到系统的数值解验证解析解的正确性.讨论了不同的基础激励下新型X型减振器对系统的响应幅值以及位移传递率的减振效果.此外,分析了不同参数对系统的幅频响应曲线以及位移传递率的影响.研究结果表明,新型X型减振器不仅可以将线性刚度转化为非线性刚度,还可以为系统提供负刚度,拥有优秀的消振和超低频隔振性能.     

飞机液压减摆器减摆特性研究

一、引言 飞机在跑道上起飞、着落和滑跑等过程中,常因运动速度超过某一临界值,前机轮发生左右剧烈偏摆的自激振动,或因地面不平整,铺砌粗糙等前机轮受到某种扰动,产生侧向偏摆.偏摆的幅度越大、频率越高,机轮侧向偏转角越大,支柱变形和轮胎撕裂可能性越高,严重威胁机上人员生命安全.针对此问题,各飞机设计生产厂家主要通过设置减摆器降低偏摆的振幅和频率.据提供阻尼的工作方式,减摆器一般分为摩擦减摆器和液压减摆器.因摩擦阻尼力矩等的限制,摩擦减摆器使用相对较少,而更多地采用液压减摆器.依据飞机所需减摆性能的要求,大中型飞机大多选择减摆能力强的旋板式液压减摆器;小型飞机大多选择收藏空间要求较小的柱塞式液压减摆器.虽然两种液压减摆器结构不同,但其工作原理是基本相同的,均是利用油液通过阻尼孔产生阻尼力,再通过传动机构产生绕支柱轴旋转的阻尼力矩防止起落架机轮摆动,使摆动机械能变成热能逐渐消耗.诸多学者针对液压减摆器进行了大量研究,其中向锦武,穆志韬和苏开鑫等对飞机起落架减摆器的液压阻尼特性进行了分析与研究;杨宁都,杜进等研究了液体压缩性对减摆器减摆特性的影响;冯彪,高雅和顾宏斌等对液压减摆器摆振进行数字化仿真分析与优化,但鲜有研究相同液压减摆器(其阻尼孔的长径比和空间排布方式等相同)对不同周期的振动、不同振幅的振动和不同粘度的液体的减摆特性.然而,液压式减摆器的减摆特性对液体种类和减摆器等的选择与设计具有重要的参考作用,故本文分别设计了七个不同周期的振动、七个不同振幅的振动以及选取了七种不同粘度的液体,运用处理非线性能力较强的Abaqus软件的流固耦合模块,计算和分析减摆器的减摆特性.     

动力吸振式升沉补偿系统控制性能仿真研究

针对6 000 m中国大洋多金属结核采矿系统,提出了一种动力吸振器与蓄能器复合作用的升沉补偿系统.分析说明了系统的组成及工作原理,建立了系统的数学模型;应用Matlab编程计算得到了动力吸振系统中吸振器的质量、弹簧刚度和阻尼系数;对系统进行了控制效果仿真研究.研究结果表明,在整个四级海况下,动力吸振器与蓄能器复合作用的...     

小车吊重系统摆振动力学模型及仿真

认识和掌握吊重摆振的动力学特性,是研究起重机防摇控制方案的前提条件.为了准确分析吊重摆振的动力学规律和影响因素,采用理论分析和动态仿真的方式对吊重摆振特性进行了研究.文中根据起重机小车-吊重系统的三维动力学模型建立了吊重摆振的二自由度摆角动力学模型,通过线性简化从模型中找出了影响摆角大小的主要因素--吊重绳长和运行加(减)速度,并以此动力学模型进行了起重机在多种工况下的动态仿真.通过仿真分析得到了小车加速度和吊重绳长对吊重摆振角度、频率和摆角速度的影响规律.     

ADAMS／Car在汽车操纵稳定性仿真中的应用

在研究汽车动力学特性中,针对车辆响和操纵稳定性,利用ADAMS/Car软件建立了某轿车的操纵动力学多体仿真模型,考虑前后悬架系统、转向系统、轮胎、衬套和载重等的影响,较为真实地仿真了汽车在方向盘转角阶跃输入条件下的转向情况,为汽车的操纵稳定性分析奠定了基础,并较为详细地分析了汽车在转向盘转角的转向特性。通过对不同车速、不同载荷下的仿真研究,得出汽车在这些不同条件下的响应,研究汽车的转向特性与车速、载荷的关系。为以后汽车的操纵稳定性等此类问题的设计研究提供了参考依据。     

自动驾驶4WS车辆路径跟踪最优控制算法仿真

针对自动驾驶车辆高速主动转向工况下传统的控制算法的控制效果容易出现较多的超调量和较长调节时间的问题,提出了基于车辆动力学模型的轨迹预测跟踪主动转向控制算法,并基于轮胎侧偏刚度非线性的特性设计了权系数线性最优二次型(LQR)后轮转角控制算法,通过联合仿真对控制算法效果进行了验证。仿真结果表明:自动驾驶四轮转向车辆在低、高速工况下进行自主换道行驶时,算法控制效果满足汽车操纵稳定性要求,且权系数LQR后轮转向算法比定侧偏刚度的LQR线性控制算法有更优越的操控性能。     

Motion Control of a 6WD/6WS wheeled platform with in-wheel motors to improve its maneuverability

Multi-axle driving mobile platform that are favored in special environments require high driving performance, steering performance, and stability. Among these, six wheel drive and six wheel steering vehicles hereinafter called 6WD/6WS, gain structural safety by distributing the load and reducing the pitching motion during rapid acceleration and braking. 6WD/6WS mobile platforms are favorable for military use, particularly in off-road operations because of their high maneuverability and mobility on extreme terrains and obstacles. 6WD vehicles that use in-wheel motors can generate independent wheel torque without a need for additional hardware. Conventional vehicles, however, cannot generate an opposite driving force on wheels on both sides. In an independent steering and driving system six-wheel vehicles show better performance than conventional vehicles. This paper discusses the improvement of the cornering performance and maneuverability of 6WD/6WS mobile platform using independent wheel torque and independent steering on each wheel. 6WD/6WS vehicles fundamentally have satisfactory maneuverability under low speed, and sufficient stability at high speed. Consequently, there should be a control strategy for improving their cornering performance using the optimum tire forces that satisfy the driver’s command and minimize energy consumption. From the driver’s commands (i.e., the steering angle and accelerator/brake pedal stroke), the desired yaw moment with virtual steering, desired lateral force, and desired longitudinal force are obtained. These three values are distributed to each wheel as torque and steering angle, based on the optimum tire force distribution method. The optimum tire force distribution method finds the longitudinal/lateral tire forces of each wheel that minimize cost function, which is the sum of the normalized tire forces. This paper describes a 6WS/6WD vehicle with improved cornering performance and the results are validated through TruckSim simulations.

     

基于阿克曼原理的4WID/4WIS汽车循迹控制研究

针对四轮独立驱动、独立转向汽车循迹控制精度和转向稳定性兼容问题,同时考虑减小轮胎磨损,延长轮胎使用寿命,本文基于阿克曼转向原理和RBF神经网络PID理论,提出了一种自适应的循迹控制方法.首先,设计了基于RBF神经网络PID理论的自适应转向控制器,用于控制前内轮转角,保证循迹精度;其次,后内轮以减小质心侧偏角为目标进行辅助转向,保证转向稳定性;接着,基于阿克曼转向原理,确定外轮转角,保证各轮侧偏力分配合理;最后,采用同一瞬心法,确定各车轮转速,以减小轮胎滑动率.本文搭建了CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,进行了仿真实验,结果表明：本文提出的循迹控制方法,不仅能获得较小的循迹偏差和质心侧偏角,保证了足够的循迹控制精度和转向稳定性,同时还减小了轮胎滑动率,有利于减小轮胎的磨耗.     

线控转向系统的转向盘力反馈控制策略研究

线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接,因而可以根据车况主动提供路感,提高车辆的操纵稳定性.首先研究了转向刚度力矩、由侧向加速度确定的转向盘回正力矩、由轮胎回正力矩确定的转向盘回正力矩、转向阻尼力矩等进行转向盘力反馈的四种力矩.然后,研究了四种组合的转向盘力反馈控制策略及其进行双纽线试验、蛇行试验的性能.结果表明,调整各种力反馈方案的相应参数可以获得低速时的转向轻便性和高速时的良好路感.     

线控转向系统全状态反馈控制策略的研究

为了根据车况和驾驶员喜好实现最优的操纵特性(不足转向、过度转向和中性转向),需要主动控制前轮转角.线控转向系统利用车辆全状态(横摆角速度和质心侧偏角)反馈控制策略优化驾驶员的转向输入,主动控制前轮转角来优化车辆的转向特性,高速时具有适当的不足转向特性,低速时具有适当的过度转向特性,从而在反应快速和安全性之间很好的权衡.其中通过状态观测器估计侧偏角.结果表明,在紧急操纵时可以代替驾驶员协调使车辆保持稳定,正常操纵时补偿物理参数或操纵条件的变化而保持操纵特性的一致.     

基于神经网络的室外移动机器人前轮转向模型

针对室外移动机器人的行驶特点,将车体模型划分为前轮转向模型、速度模型和位姿 模型三个部分.提出用模糊集合与神经网络相结合来建立车体前轮转向模型的方法.首先将对 前轮转向特性影响较大的行车速度模糊化,然后利用神经网络建立各模糊速度下的前轮转向模 型,最后由逆模糊化过程求得模型的实际输出.实验结果表明,该方法能较准确地反映车体的前 轮转向特性并具有鲁棒性强和易于实现的特点.     

整车建模和转向性能分析

转向性能研究中一般会更多地关注方向盘力矩的变化。所以,转向系统对分析精度起决定性影响,必须建立详尽的模型来描述其内部特性,如惯性、刚度、摩擦、阻尼和助力曲线,这些因素对方向盘力矩变化有非常显著的影响,以致影响转向性能。本文阐述了在AMESim软件中建立液压助力转向系统和整车模型的过程。首先提出了一种新的计算转向阀过流面积的方法,以获得真实的转向助力特性,然后建立了包含这个比较详尽的转向系统的整车动力学模型,用于转向性能研究,最后选用了几种实车道路试验结果来验证此模型的准确性。     

Vehicle Dynamics Modeling and Electronic Stability Program/ Active Front Steering Sliding Mode Integrated Control

Chassis integrated control can significantly improve vehicle handling stability and comfort. Because of the complexity of the problem, it has attracted significant research attention. We built a vehicle nonlinear dynamic model with multi‐degree freedom, including body movement, wheel movement, and electronically controlled hydraulic power steering system. We compared the magic formula tire model, Dugoff tire model, brush tire model, and LuGre dynamic friction tire model and steady model. The precision of the model was verified by a comparison between simulation results and the real vehicle test results. Then, based on the vehicle dynamics model, an AFS (active front steering) controller was designed based on sliding mode variable structure control, and an AFS and ESP (electronic stability program) integrated coordination controller was proposed. Finally, based on the nonlinear tire model and multi‐DOF (degree of freedom) vehicle model, sinusoidal and step steering angle input simulation analysis was proposed on different road friction coefficients. The results show that the vehicle has better response characteristics with coordinated control strategy when compared with AFS and ESP only control. The evidence suggests that the proposed integrated control system in this paper can improve vehicle stability and safety.     

前梁对汽车前轮摆振的影响分析及仿真研究

某重型车在行驶时常出现前轮摆振现象,为此对前梁进行了建模和仿真分析.首先使用Pro/E建立前梁模型;接着使用Pro/M对其进行静态分析,分析了车辆直线行驶和转弯行驶时前梁的变形情况,并对前梁进行了模态分析,得到其前8阶固有频率和振型,通过振型分析了前梁的动态性能;最后使用SIMULINK模块仿真分析了前梁在B级路面上速度为50km/h时由路面不平度引起的随机振动.结果表明:满载行驶时,前梁在路面不平度的激励下产生的垂直位移满足行业标准,固有频率远离路面不平度激励下的频率,不会产生共振而导致摆振.但是转弯时前梁主销偏移距过大易引起前轮摆振,应适当减小其内倾角角度来避免转弯时摆振的发生.     

Fault‐tolerant path‐following control for in‐wheel‐motor‐driven autonomous ground vehicles with differential steering

Over the past several decades, the automobile industry has denoted significant research efforts to developing in‐wheel‐motor‐driven autonomous ground vehicles (IWM‐AGVs) with active front‐wheel steering. One of the most fundamental issues for IWM‐AGVs is path following, which is important for automated driving to ensure that the vehicle can track a target‐planned path during local navigation. However, the path‐following task may fail if the system experiences a stuck fault in the active front‐wheel steering. In this paper, a fault‐tolerant control (FTC) strategy is presented for the path following of IWM‐AGVs in the presence of a stuck fault in the active front‐wheel steering. For this purpose, differential steering is used to generate differential torque between the left and right wheels in IWM‐AGVs, and an adaptive triple‐step control approach is applied to realize coordinated lateral and longitudinal path‐following maneuvering. The parameter uncertainties for the cornering stiffness and external disturbances are considered to make the vehicles robust to different driving environments. The effectiveness of the proposed scheme is evaluated with a high‐fidelity and full‐car model based on the veDYNA‐Simulink joint platform.