基于能量法的车辆稳定性判断研究

本文中对汽车的操纵稳定性控制系统中车辆失稳的判断进行研究。采用能量法推导了车辆的失稳动能与纵向运动动能方程式,并将二者的比值定义为失稳能量比,而基于相平面法提出了车辆的稳定性判据,以判断车辆的行驶稳定状态。最后使用Vedyna软件进行车辆的仿真分析,结果验证了该稳定性判断的有效性。     

基于侧向稳定性的圆曲线路段设计指标研究

车辆在附着系数较小的圆曲线路段转向时，轮胎会处于非线性区内工作，此时基于线性理论的侧向稳定性分析方法会产生较大误差。建立6自由度非线性车辆系统模型，分析其处于非线性域与线性域下不同的特性状态，得到不同车速、路面附着系数下使车辆系统处于临界状态的圆曲线路段半径、超高设计指标。对线性域与非线性域内的车辆系统分别采用基于线性理论的根轨迹法与基于非线性理论的相平面法分析侧向稳定性，得到综合考虑2种状态下车辆临界失稳状态的圆曲线路段指标。结果表明，车速为60 km/h，路面附着系数为0.24，超高小于6% 时，车辆发生侧向失稳时轮胎处于非线性域，此时使用相平面法分析得到侧向失稳临界指标；车速为60 km/h，路面附着系数为大于0.4，超高处于4%到10%之间时，车辆发生侧向失稳时轮胎处于线性域，此时使用根轨迹法分析得到侧向失稳临界指标。      

质心侧偏角对车辆稳定性影响的研究

分别采用β方法和相平面法分析质心侧偏角对车辆稳定性的影响,重点分析各种不同因素对质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的稳定性边界的影响.最终确定质心侧偏角控制准则,并通过道路试验进行了验证.     

基于相平面法的制动方向稳定性分析

基于7自由度车辆动力学仿真模型,利用β相平面鞍点位于稳定域和非稳定域的分界处和初始稳定相点集合对应稳定域的性质,确定了稳定域边界函数,而将能量相平面方法应用于制动方向稳定性分析。对典型转向制动工况下有/无ABS时的方向稳定性进行仿真,结果表明采用β相平面和能量相平面可定量评价制动方向稳定性。     

转向梯形双间隙对汽车蛇行工况稳定性的影响

将转向梯形简化为平面连杆机构,建立包含车身侧倾、横摆、侧偏及右前轮转角的4自由度车辆转向行驶系统数学模型,并采用数值方法对转向梯形运动副双间隙参数变化时样车质心侧偏角的稳定性进行计算分析。结果表明,随着运动副间隙增大,汽车蛇形运动的单周期区域减小,倍周期区域消失,混沌区域增加;理论上找到间隙r1.0 mm区间时汽车蛇形工况失稳区间较小。     

前轮主销间隙对汽车蛇行工况下稳定性的影响

主销间隙是影响汽车蛇行工况下稳定性的重要参数。将转向机构简化为平面连杆机构,并就机构中转向节主销与衬套间隙对蛇形工况下汽车稳定性的影响进行分析。考虑以上间隙建立了四自由度车辆操纵运动系统数学模型,基于该模型,应用数值分析方法对间隙参数变化时样车质心侧偏角的稳定性进行仿真分析。结果表明,间隙参数变化时车辆蛇行动力学行为表现为由倍周期进入单周期、混沌,然后从倍周期回到单周期。随着间隙的增大,汽车蛇行失稳的上临界频率几乎无变化,但下临界频率逐渐加大,失稳频率带宽也相应加大,且混沌区域的窗口动力学特性有明显差异。     

基于相平面的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为提高分布式驱动电动汽车的操纵稳定性,提出一种基于相平面法的行驶稳定性控制策略。首先,建立非线性车辆2自由度模型,获得不同路面附着系数下车辆质心侧偏角相平面稳定域边界模型。其次,基于质心侧偏角相平面设计分区域控制器,当车辆处于稳定域内时,采用模糊神经网络控制器来决策横摆力矩,使车辆跟随目标变量;当车辆处于稳定域外时,设计失稳度和模糊神经网络联合控制器决策总横摆力矩,使车辆恢复稳定。最后,基于Simulink和CarSim仿真平台在蛇行绕桩和双移线工况下对稳定性控制方法进行仿真,并进行实车测试验证,结果证明了本文中所提控制策略的可行性和有效性。     

基于相平面分区的半挂液罐车稳定性控制

为研究半挂液罐车在液体晃动情况下的稳定性控制问题,根据等效原则,建立液体晃动的等效模型,并结合半挂车的刚体模型,建立半挂液罐车非线性动力学模型。选择牵引车横摆角速度作为控制变量,在相平面内判断车辆处于"不足-过度转向"的强弱程度,并结合铰接角判断车辆的运行工况,考虑偏差零态为保持态时,设计了相平面分区九态控制器,通过差动制动实现附加横摆力矩控制车辆的稳定性。仿真结果表明:基于相平面分区控制的方法可以有效抑制液体晃动对车辆的影响,提高半挂液罐车的行驶稳定性,避免侧翻、摆振和折叠事故的发生。     

半挂汽车列车操纵特性与横向稳定性的研究

采用牵引车和半挂车的不足转向梯度独立定义的方式对半挂汽车列车的操稳性进行了研究,分析了车辆的结构参数对不足转向梯度的影响.应用动态系统的稳定性理论,探讨了“折叠”和“横向摆振”失稳与其操纵特性间的关系.结果表明,与两轴单体汽车只会发生单调分歧失稳相比,半挂汽车列车还会发生“横向摆振”失稳,具体的失稳形式与牵引车和半挂车的不足转向梯度以及车辆结构参数密切相关.     

行星齿轮式转向机构设计的研究

为设计出合理的行星齿轮式转向机构,首先分析了转向机构的工作原理和设计参数的影响;然后根据车辆动力学和四轮转向技术等相关理论,以零质心侧偏角控制策略为目标,分析了车辆在不同转向情况下前后轮的转角关系,确定了转向机构的设计参数;最后以某车辆为例,设计出合理的转向机构,建立了该车的虚拟样机模型并进行了操纵稳定性仿真,结果表明,行星齿轮式转向机构能大大提高车辆低速时的机动性和高速下的操纵稳定性.     

不同转向模式的多轴转向车辆性能分析

为解决重型车辆转向时的低速机动性和高速稳定性的问题,提出了多轴动态转向技术,并以三轴车辆为研究对象进行分析。首先建立多轴转向的二自由度车辆模型以及运动微分方程,为提高车辆的稳定性,以零质心侧偏角为目标,推导各轴间的转角比例系数及有关的状态空间矩阵、传递函数,使用MATLAB软件对不同转向模式下的操纵稳定性进行了稳态响应、瞬态响应以及频域响应的仿真。通过分析比较,说明采用多轴动态转向技术,车辆在转向时具有低速机动性高、高速稳定性好的特点。     

转向系间隙对汽车操纵稳定性影响研究

本文中将转向机构简化为平面连杆机构,并就机构中运动副间隙对汽车操纵稳定性的影响进行了分析。建立了考虑间隙的4自由度车辆操纵系统数学模型。基于该模型,应用数值分析方法对间隙变化时汽车操纵系统响应的主要指标进行仿真。结果表明,间隙的存在,使汽车横摆角速度和质心侧偏角时域稳态响应出现波动,降低了操纵品质;随着间隙的增大,横摆角速度与质心侧偏角的振幅加大,且其相平面稳定区域逐渐减小。     

滚动阻力对车辆运动稳定性的影响分析

鉴于传统的以经典线性2自由度模型为基础的多自由度非线性车辆系统模型中通常忽略轮胎滚动阻力的影响而难以反映车辆运动的真实状态,本文中在发动机制动工况下,建立计及轮胎滚动阻力的5自由度(纵向速度、侧向速度、横摆角速度和前后轮转动速度)车辆模型,利用非线性系统的全局相平面和状态变量时间序列等分析方法研究了滚动阻力对高速转向行驶车辆动力学特征的影响。仿真结果表明,在发动机制动工况下,车速逐渐降低的过程中,滚动阻力严重影响车辆系统的运动状态。因此,建立包含滚动阻力的车辆模型有利于分析汽车的操纵稳定性特征,为实验验证理论模型的正确性提供理论支持。     

高速无人驾驶车辆的操控稳定性研究

通过分析路面附着条件和道路曲率等因素对车辆转向特性和稳定性的影响,建立了高速车辆的等效动力学模型。提出了一种变步长的模型离散化方法,能够在保证车辆模型预测精度的基础上,实现较长的预测时域,并满足计算实时性的要求。通过对高速车辆稳定行驶状态进行分析,推导了基于包络线的滑移稳定性约束条件,并设计了基于模型预测控制的高速无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制器。仿真结果表明,该方法可有效保证高速无人驾驶车辆在不同地面附着情况及道路曲率下的操控稳定性。     

基于非线性系统结构稳定性理论的车辆转向动力学研究

为了解车辆转向的内在特性,给车辆转向控制方法提供理论研究基础,依据非线性系统动力学结构稳定性理论,提出了车辆转向动力学分岔理论。基于车辆转向动力学分岔理论对车辆转向动力学特性进行了研究;以车辆前轮转角、车辆纵向速度及后轮转角为分岔参数,研究其对车辆质心侧偏角、横摆角速度的影响规律,得出了车辆在不同转向状态下的稳定转向区间。研究结果表明:车辆稳态转向时不发生动态Hopf分岔,而发生静态鞍结分岔;理论研究结果与车辆实际运行情况相符,非线性系统结构稳定性理论用于车辆转向动力学研究是正确、合理的。     

基于MATLAB的主动后轮转向控制策略建模、仿真及实测分析

基于二自由度车辆动力学模型,利用MATLAB建立了车辆主动后轮转向系统的控制策略模型。采用某后轮转向样车参数,对控制模型进行了仿真分析,以研究主动后轮转向对车辆横摆角速度、侧向加速度等动态指标的影响。之后通过实车测试分析,验证了控制模型的有效性。仿真及实车测试结果一致表明,主动后轮转向能够在低速时提升车辆的灵活性,高速时提升车辆的稳定性,很好地改善车辆的动态转向特性。     

考虑转向梯形和多间隙因素汽车蛇行工况的稳定性

考虑到2个重要多间隙因素——转向梯形和主销运动副间隙,理论分析了蛇形工况下汽车稳定性。将转向机构简化为平面连杆机构,建立了含车身侧倾运动的4个自由度汽车转向行驶系统非线性动力学和数学模型。用数值方法,分析间隙参数变化对样车质心侧偏角稳定性的影响。结果表明:间隙参数递增时汽车蛇行动力学行为表现为由多周期进入单周期、混沌,然后从单周期回到多周期。随着间隙的增大,汽车蛇行运动的分岔行为明显倾向于多周期运动,而单周期和混沌区域却逐渐减少。在间隙C0.9 mm区间汽车蛇行工况失稳区间较小。     

轮胎非线性对自主车队稳定性的影响分析

针对现有自主车队车辆模型不能反映轮胎非线性对车辆稳定性的影响问题,本文中利用其有效性已得到验证的5自由度车辆模型(纵向速度、侧向速度、横摆角速度、前轮转动角速度和后轮转动角速度),分别采用线性和非线性轮胎模型,分析不同初始跟随车速条件下,自主车队系统的动力学特性和稳定性。结果表明,轮胎的非线性严重影响高速跟随行驶中自主车队系统的稳定性,并导致跟随行驶车辆的失稳。     

四轮独立驱动电动汽车EPS转向特性研究

为更好地研究EPS对四轮独立驱动电动汽车转向特性的影响,运用Matlab/Simulink、Carsim建立了EPS联合仿真模型。提出基本助力控制、回正控制、阻尼控制、补偿控制策略,然后进行硬件在环试验确定其策略的有效性。试验表明:EPS控制下的四轮独立驱动电动汽车在低速行驶时使转向更加轻便;高速行驶时有更好的"路感"并提高了车辆的稳定性,从而整体改善汽车驾驶的操纵性能。     

基于CARSIM的车辆稳定性控制仿真

阐述了车辆在地面附着极限下造成转向失稳的原因,对四个车轮施加差动制动时车辆行驶姿态的变化进行了分析。针对车辆的实际工作特点,应用CARSIM软件的车辆动力学模型(S函数),并定义S函数的输入输出接口,在MATLAB/SIMULINK环境中对车辆动力学模型进行了稳定性控制仿真。仿真分析结果表明,差动制动能够改善在高速度或滑路上转向的操纵性和稳定性。