双拖挂汽车列车模型比较研究

基于车辆运动学与动力学理论推导了双拖挂汽车列车线性四自由度(4-DOF)模型和线性七自由度(7-DOF)模型,并在Simulink环境中搭建了相应的仿真模型,最后通过鱼钩工况和双移线工况仿真,与TruckSim中的复杂非线性进行了对比分析,结果表明:4-DOF模型、7-DOF模型与TruckSim模型仿真数据均有较好的吻合度;4-DOF模型和7-DOF模型可用来设计横摆稳定性控制器,7-DOF模型还可用于设计侧倾稳定性控制器。     

三轴车辆多轮转向控制策略分析

为了提高多轴车辆低速机动性和高速稳定性,以三轴商用车为研究对象,建立了三轴车辆转向的二自由度(2-DOF)动力学模型,基于Simulink设计了前/中轴机械转向+后轴比例控制转向、前轴机械转向+中/后轴比例控制转向2种控制策略,并分析了在前轮角阶跃输入下质心侧偏角、横摆角速度及侧向加速度随时间变化规律。     

车辆电子稳定性程序的最优控制

引入轮胎魔术公式,建立了车辆的两自由度非线性动力学模型．以车辆质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,基于车辆的线性动力学模型设计了最优控制器,将此控制器应用于非线性动力学模型并进行了仿真．结果表明,车辆电子稳定性程序显著提高了车辆的操纵稳定性,使驾驶员在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下能够对车辆进行正常操纵．     

高速车辆侧风操稳性试验建模与仿真研究

为研究侧向风对高速行驶车辆操纵稳定性的影响,采用面向系统的建模方法 ,基于CarSim软件建立了具有27自由度的四轮小汽车整车动力学模型,定义了仿真试验输入输出变量。在CarSim中建立侧向阵风模型,结合Matlab/Simulink工具箱建立车辆电子稳定控制系统(ESC)模型,设计了侧向阵风干扰工况下的车辆高速直线行驶仿真试验,分析了高速车辆气动力、侧向加速度、侧向位移和车轮侧滑角等输出变量的变化规律。仿真结果表明,侧向风会严重影响车辆操稳性,并直接威胁到车辆高速行驶安全性。     

汽车四轮转向四自由度动力学模型

在简化力学模型的基础上,基于非线性轮胎力模型,利用拉格朗日能量法建立了包括俯仰、侧倾、侧向、横摆4个自由度的汽车四轮转向动力学模型.运用该模型来反映实际汽车四轮转向的动态过程,对开发四轮转向控制系统有重要的意义.     

考虑空气力的车辆三自由度转向模型与状态方程

为了减小空气力的影响, 简化车辆多自由度转向动力学方程, 考虑了空气力的影响, 建立了车辆三自度转向运动的动力学模型。以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角、侧倾角速度为状态变量, 以前轴转角及侧风作用力为输入, 以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角为输出, 推导了车辆三自度转向运动的动力学模型的状态方程。以前轴主动转角脉冲为输入, 对状态方程的可信度进行了验证。与利用线性二自由度转向模型的仿真结果相比, 利用三自由度转向模型与其状态方程得到车辆质心侧偏角与横摆角速度的绝对值均较小, 在高速情况下, 空气力会增强车辆的不足转向特性。采用两种模型得到的车身侧向偏移均大于试验值, 但三自由度模型的仿真曲线非常接近试验曲线。可见, 三自由度状态方程可信度高。     

基于纵向力控制的客车侧向稳定性研究

为提高客车在极限工况下的侧向稳定性,建立了某客车的8-DOF整车动力学模型,采用Dugoff轮胎模型。以横向载荷转移率作为触发条件,设计了基于纵向力控制的综合控制器。当横向载荷转移率小于侧翻因子时,控制器计算出驱动力矩,对后轮进行差动驱动,以控制车辆侧滑;当横向载荷转移率大于侧翻因子时,计算出制动力矩,对前轮进行差动制动,控制车辆侧翻。通过对角阶跃试验和鱼钩试验进行仿真,结果表明:综合控制系统在车辆行驶过程中不仅具有良好的抗侧翻能力,而且提高了车辆的道路跟随能力。     

道路几何设计对IDM模型跟驰行为的影响

考虑道路几何设计参数转弯半径、超高、坡度对车辆跟驰行为的影响,对车辆跟驰智能驾驶员模型(IDM)进行了改进.结合二自由度车辆动力学模型,利用Matlab/Simulink建立改进后的跟驰模型并进行仿真.仿真分析发现:在具有转弯、超高和坡度的道路上,改进后的模型,其跟驰车辆车头时距增大,行驶速度减小,保证了车辆行驶的安全性;车辆横摆角速度和侧向速度随半径和超高的增加而减小,保证了汽车操纵稳定性.结果表明,改进后的模型能够更准确地描述道路几何设计对车辆跟驰行为的影响.     

四轮独立转向车辆稳定性的模糊最优控制方法

为改善四轮独立转向（4WIS）车辆的操纵稳定性,在设计了4WIS模型跟踪最优控制器的基础上,对最优控制参数对控制性能的影响以及4WIS车辆转向动力学特性进行了分析,提出了一种基于车辆转向状态的最优控制器参数调整策略,并设计了模糊逻辑控制参数调节器,实现最优控制器参数的自适应调整.结合4WIS车辆的八自由度动力学模型对提出的模糊最优控制系统进行仿真实验分析,结果表明:设计的4WIS模糊最优控制系统能够极大地改善车辆的稳定性与安全性;在高速低附着系数的极限工况下,该系统仍然够能保证车辆的理想转向状态.该系统对于强侧向风一类的侧向干扰具有很强的抑制能力;风速90 km/h的强侧风且无驾驶员干预情况下,车辆在320 m行驶距离内,侧向偏移量仅为0.78 m.      

车辆主动前轮转向与直接横摆力矩自适应控制

基于Lyapunov理论提出车辆主动前轮转向与直接横摆力矩的集成控制方法, 在二自由度车辆模型的基础上设计了自适应控制器, 对轮胎刚度进行自适应估计以补偿轮胎侧向力的非线性, 基于MATLAB和CarSim软件搭建了车辆闭环仿真模型, 在路面上进行了正弦输入仿真试验。仿真结果表明: 附着系数为0.8、车速为100 km·h^-1时, 前轴侧向力最大误差为210 N, 约占前轴实际侧向力的8.1%, 后轴侧向力最大误差为296 N, 约占后轴实际侧向力的8.5%;附着系数为0.3、车速为80 km·h^-1时, 前轴侧向力最大误差为146 N, 约占前轴实际侧向力的8.5%, 后轴侧向力最大误差为142 N, 约占后轴实际侧向力的9.8%。车辆主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制的效果优于主动前轮转向和直接横摆力矩单独控制的效果。     

基于模糊PID控制的线控转向系统侧向稳定性分析

建立线控转向系统车辆侧向干扰下的非线性三自由度整车动力学模型,研究侧向干扰对汽车操纵稳定性的影响。分析采用PID控制的侧向稳定性控制效果,并采用模糊PID控制对转向电机主动控制。结果表明,线控转向系统中采用模糊PID控制实时整定PID控制参数,可有效提高各种侧向干扰下的整车侧向稳定性。     

基于模糊PID控制的线控转向系统侧向稳定性分析

建立线控转向系统车辆侧向干扰下的非线性三自由度整车动力学模型,研究侧向干扰对汽车操纵稳定性的影响。分析采用PID控制的侧向稳定性控制效果,并采用模糊PID控制对转向电机主动控制。结果表明,线控转向系统中采用模糊PID控制实时整定PID控制参数,可有效提高各种侧向干扰下的整车侧向稳定性。     

基于蚁群算法优化的EPS系统PID控制

汽车电动助力转向系统是一个非线性时变的复杂系统,在对它进行控制时,单独采用常规PID控制难以达到平稳准确的效果,在此加入蚁群算法(ACO)对其进行优化而得到稳定的最优参数解.根据车辆动力学关系,建立了两自由度整车模型、电动助力转向系统模型以及带有蚁群算法优化的PID控制器模型.通过Matlab,对该模型进行仿真分析.仿真结果表明,蚁群算法和PID控制的结合,使系统控制更精确、运行更加平稳.     

车辆侧向响应特性的多参数影响分析

建立了基于非线性轮胎侧偏特性的四轮车辆数值模型,考虑了轮胎垂直载荷的侧向转移,用该模型计算了车辆转向角阶跃输入下的侧向速度和横摆角速度响应,计算结果表明车辆质心纵向位置对车辆侧向响应特性具有较大的影响,而车辆转动惯量和轮间距对车辆侧向响应特性几乎没有影响.车辆响应特性随车辆质心纵向位置约呈指数关系变化,车辆质心越向前移,横摆角速度的响应也越快但超调量也随之增加.     

多连键图法在车辆系统动力学中的应用

本文用多连健图技术来模拟一铁道车辆系统,该系统具有17个自由度。 通过编写子程序将非线性的轮轨相互作用力定义为子模型,与系统的键 图模型相连接。最后,本文村车辆以恒速在圆曲线执道上运行的动力学 特性进行了简单的分析计算。      

汽车主动安全关键参数联合估计方法

针对汽车主动安全系统的需求, 提出了一种包括纵向、侧向车速与附着系数的汽车主动安全参数的联合估计方法。基于3自由度车辆动力学模型和刷子轮胎模型, 建立不同道路附着系数条件下的扩展卡尔曼滤波模型, 利用交互多模型算法实现纵向、侧向车速的自适应估计, 并根据计算出的各模型概率实现道路附着系数的实时估计。计算结果表明: 该方法能在不同道路附着系数条件下进行车速的准确估计, 纵向车速估计误差小于1%, 侧向车速估计误差小于5%, 与扩展卡尔曼方法相比误差减小了50%以上, 且能够实时给出道路附着系数估计值, 估计误差小于0.1, 对路面突变的响应时间低于2s。     

非线性铁路车辆系统的时间积分算法

研究了铁路车辆系统中存在的非线性因素, 介绍了修正双步长显式法, 给出了该算法的数学表达式。基于简化的非线性车辆系统动力学模型, 利用铁路车辆系统中的5个典型非线性算例, 对比分析了修正双步长显式法、Newmark法、Wilson-θ法、Runge-Kutta法、翟方法和精细积分法, 指出了这些算法在非线性铁路车辆系统中的适用范围。研究结果表明: Newmark法和Wilson-θ法不适用于非线性铁路车辆系统; Newmark法、Wilson-θ法和Runge-Kutta法在包含非线性垂向轮轨力的车辆系统中会产生虚假振荡; 仿真时间为2 s, 时间步长分别为0.4、0.1、0.01 ms时, 修正双步长显式法的耗时分别为0.198、0.829、7.772 s, 在6种算法中耗时最短或较短; 当非线性铁路车辆系统的自由度较大时, 推荐采用修正双步长显式法和翟方法。     

恶劣天气路面条件对行车安全的影响

利用多体动力学仿真软件ADAMS/Car, 建立了车辆的动力学模型、道路模型以及车-路耦合模型, 通过改变路面摩擦因数, 分别模拟了晴天、雨天、雪天和结冰条件下的路面状况, 进行了单移线和阶跃转向2种常见行驶工况的仿真试验, 得到了车辆的侧向位移、航向角以及轮胎的侧向反力的响应输出, 分析了研究恶劣天气路面条件对行车安全的影响。计算结果表明: 雪天路面摩擦因数为0.28时, 在单移线仿真工况下, 车速为50 km.h^-1, 车辆侧向位移达到4.50 m, 车辆容易超出车道, 发生碰撞危险; 在阶跃转向仿真工况下, 车速为40 km.h^-1, 车辆将失去控制。     

基于UKF算法的车辆质心侧偏角估计

将无味卡尔曼滤波(UKF)算法运用到车辆质心侧偏角的估计之中,基于纵滑—侧偏联合工况下的统一指数(Uni-tire)轮胎模型建立非线性车辆动力学模型,采用最小偏度单形采样的UKF算法估计车辆的几个关键状态参量,并由此得到质心侧偏角估计。最后采用奇瑞A3两厢型汽车的车辆参数,使用车辆动力学实时仿真软件DYNAware/veDYNA对观测器进行了实时验证。仿真结果表明,UKF非线性估计方法精度高,估计结果能够满足实际应用要求。     

车辆冲击数值模拟研究

为了研究车辆冲击对车辆运行安全性的影响,依据缓冲器计算理论,利用Simulink软件建立了货车缓冲器动力学修正模型;根据车辆系统动力学理论及车钩计算模型,利用UM软件建立了装用K6转向架的C80货车完整自由度车辆模型.将上述模型联合仿真,实现了车辆冲击的数值模拟.计算结果表明:两组车之间的冲击比一辆车与一组车间的冲击危害更大;车钩和从板质量使车辆产生高频小幅的车钩力;悬挂因素导致完整自由度车辆冲击模型的车钩力比单自由度车辆冲击模型小21.7%;车辆在纵向、横向和垂向存在耦合关系,轮轨垂向力随着冲击质量以及重心高度的增加而增大,轮轨横向力随着车端纵向压力的增加和曲线半径的减小而增大.