多轴特种车辆缺胎行驶动力学特性研究

为了探究多轴特种车辆在轮胎损失极限工况下的行驶特性，基于TruckSim车辆动力学软件，建立包括整车参数、动力传动与制动系统、车桥与悬挂系统、转向系统和轮胎系统的五轴特种车辆动力学仿真试验模型，通过对仿真模型进行调整和改进，建立符合实车驱动的特种车辆动力学模型.为重点分析轮胎缺失状态的影响，以轮胎六分力试验为基础，选取TruckSim中性能相似的非线性轮胎模型进行修改，通过进行0～80～0 km/h直线加速制动平顺性仿真试验和双移线操稳性仿真试验，研究不同位置处轮胎缺失状态下的车辆平顺特性和操稳特性.同时，以车辆质心偏移量为标准，分析讨论不同行驶速度下的最大缺失轮胎数量，提出不同行驶速度下缺胎工况的轮胎布置方法以及各桥轮胎对车辆行驶影响的程度级别.研究结果表明：多轴特种车辆具备在缺胎工况下行驶的极限条件，不同位置处轮胎缺失对车辆的最大行驶速度影响不显著；该型车辆各桥轮胎对车辆行驶影响的重要程度依次为一桥、五桥、三桥、二桥和四桥；车辆分别以50、30和20 km/h速度行驶时，最大缺失轮胎数量分别为1、2和3个.研究结论为多轴特种车辆行驶安全性评估提供了理论支撑.     

多轮驱动车辆速差转向轮胎的切向与侧向联合模型

为研究轮式速差转向车辆在转向过程中轮胎的工作状态,通过基于二维载荷分布规律的轮胎侧偏特性的一般理论模型对速差转向车辆的轮胎进行分析,推导并建立了轮胎的切向与侧向联合模型,并利用该模型分析车辆结构参数对轮胎力学特性的影响. 结果表明:在小半径转向情况下,印迹长度对侧向力影响较大.      

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.     

多轴机电复合分布式驱动车辆转向半径模式控制策略

基于对多轴轮式车辆的最小转向半径战技指标的要求,提出了一种适用于多轴机电复合分布式驱动车辆的最小转向半径控制系统,并详细介绍了该模式下的整车控制策略,当车辆以大前轮转角低速转向时,后两桥驱动电机产生“外正内负”的力矩辅助车辆转向从而减小最小转向半径.为验证系统性能,文中建立了包含车体纵向速度、侧向速度、横摆角速度及8个车轮旋转的11自由度整车动力学模型,并采用Gim轮胎模型表达了轮胎的非线性力学特性.虚拟样机仿真的结果表明,在该控制策略下,车辆的最小转向半径可减小10.31%,转向机动性能得到大幅度提高.      

有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比优化

针对有轨电车二系垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体三自由度垂向振动模型,利用MATLAB/Simulink建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计仿真模型;以人体振动舒适性最佳为目标,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计数学模型.在此基础上,以轨道高低不平顺作为输入激励,以二系悬挂垂向行程及一系悬挂垂向动作用力为约束条件,创建了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法.通过实例对阻尼比进行了优化设计,可知阻尼比的优化设计值能够显著提高有轨电车的乘坐舒适性,表明所建立的有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比的优化设计方法是正确的,为二系垂向悬挂系统阻尼匹配减振器设计奠定了重要理论基础.     

四轮轮式客车转向梯形的优化设计

为了减小客车转向时轮胎的磨损量,以四轮轮式客车向左转向为例,根据转向时的几何关系,推导出整体式转向梯形机构实际内、外侧车轮转角的关系表达式.以转向梯形底角和梯形臂长度作为设计变量,以外侧车轮实际转角与理想转角的累计相对偏差最小作为目标函数,利用Matlab软件作为优化设计工具,对客车的转向梯形进行优化设计.优化设计后的计算结果表明,优化后客车的转向特性曲线更加接近理想转向特性曲线,阿克曼偏差明显减小.     

考虑多性能约束的车辆主动前轮转向静态输出反馈控制

为使车辆能精确地跟踪理想横摆角速度,从而提高车辆路径跟踪能力,提出考虑多性能约束的主动前轮转向静态输出反馈(SOF)控制方法.由于行驶中车辆轮胎的侧偏刚度是一强非线性参数,所以将侧偏刚度作为模型的不确定性参数.基于饱和线性轮胎模型,建立二自由度车辆动力学多胞型模型来对参数不确定性进行处理.针对该类不确定性系统,考虑具有...     

轿车转向杆系的优化设计

汽车转向杆系的设计对轮胎的磨损和车辆的操纵稳定性都有一定的影响。在对轿车转向杆系进行优化设计的过程中,运用位移矩阵法对MacPherson式悬架和齿轮齿条式转向系统的转向杆系进行了空间运动学分析,给出了前轴内、外轮转角关系的计算方法。综合考虑转向速比、轮胎的磨损及车辆的操纵稳定性要求提出了优化目标函数,并采用可变容差法进行求解。开发了悬架的运动分析及转向杆系的优化设计程序。运用该程序对一例实际车型进行了计算,其结果与试验值符合较好,表明该优化设计方法具有较高的准确性及一定的工程应用价值。     

基于ADAMS的转向机构的优化设计

利用ADAMS软件建立麦弗逊悬架转向机构的虚拟样机模型,分析了转向机构中的关键点对阿克曼转向特性和车轮前束角变化特性的影响,对转向梯形进行了优化计算.优化计算过程中把麦弗逊悬架系统和转向机构作为一个整体系统进行运动分析,考虑了车轮跳动对转向误差的影响,并根据转向过程中的实际情况给予不同的权重,使得计算结果更符合实际情况.结果表明,优化设计后改善了转向梯形的运动特性和车轮前束角的变化特性.     

基于Pareto GA的机械手结构/控制多目标优化设计

针对机械／控制系统并行设计的多变量、多目标优化特点，以单臂机械手为对象，研究机电融合优化设计模型和多目标并行优化的算法．根据单臂机械手的动态特性和控制性能要求，采用极点配置方法构造了基于PD反馈控制的机电融合优化设计模型，通过Pareto遗传算法（PGA）对带约束的机电融合多目标优化问题的并行求解进行了研究，并对得到的Parato可行解集进行了分析．在PGA优化过程中采用了目标函数的归一化处理、分级罚函数法将约束问题转化为无约束优化、群体分级和Pareto解集过滤器等技术，并采用聚类方法对Pareto解集中解的个数、解集的特性和解的多样性进行控制，使优化解收敛到一个非劣点集．     

控制学科在环的主动悬架多学科设计优化

基于多学科设计优化的思想,提出一种控制学科在环的多学科设计优化方法,将控制学科纳入系统的优化回路内,可以充分考虑系统的结构设计和控制学科之间的协同作用,以实现更好的整体优化效果.以主动悬架的设计优化为例,建立了1/4车辆主动悬架模型和LQG控制器模型,并基于多学科可行法的优化框架,进行多学科分析,对结构参数和控制器参数同时进行优化.优化结果表明,该方法能协调悬架动力学和控制学科之间的耦合关系,获取整体最优解.优化后的主动悬架在保证悬架工作空间和轮胎变形在一定的范围内,且不消耗更多能量的前提下,使车身加速度均方根值降低了27%.      

FSC赛车转向梯形机构断开点仿真与优化设计

为减小某赛车转向时前轮的磨损,利用ADAMS/CAR软件,建立了某FSC赛车前悬架和转向系统的多体动力学模型,并进行了前轮同向跳动仿真和转向仿真.借助于ADAMS/INSIGHT,选取设计变量,设置约束条件,建立目标函数,对双横臂独立悬架的断开式转向梯形机构的断开点位置进行了优化设计后,再次进行双轮同向跳动和转向仿真分析.仿真结果表明,优化后的车轮前束角随车轮上下跳动的变化量明显减小,转向特性曲线更加接近理想转向特性曲线,减少了转向时的前轮磨损.     

基于遗传算法的转向垂臂结构优化设计

提出了以体积(质量)最小和多工况下应力最小为优化目标,建立了转向垂臂的拓扑优化模型。以转向轮左、右转向极限工况和原地转向工况作为设计载荷,以垂臂模型的控制参数作为设计变量,建立了垂臂的多目标数学模型。采用第二代非劣排序遗传算法(NGSA-II)对所建立的数学模型问题进行优化求解,得到各自的Pareto优化解集,并参考Pareto解集对垂臂进行尺寸优化。结果表明,在不影响各项性能的前提下,转向垂臂减重17. 87%,取得了较好的轻量化效果。     

基于路面识别的车辆半主动悬架控制

以实现悬架自适应半主动控制为目的,基于多目标优化算法及路面识别,针对车辆平顺性与操纵稳定性进行研究.首先建立1/4车辆等效天棚控制模型,并根据系统动力学关系推导车辆簧载质量加速度及轮胎动载荷的解析解表达式,然后利用基于遗传算法的多目标优化算法求取Pareto最优解集.依据路面识别得到的路面等级分配控制权重,以获得不同路面对应的控制增益.仿真结果显示,基于路面识别的半主动悬架自适应控制系统能够通过调节权重获得不同路面行驶条件下平顺性与操纵稳定性之间的平衡.     

基于路面识别的非线性悬架系统自适应控制

针对非线性悬架系统,基于多目标布谷优化和路面识别算法,研究不同路面等级下悬架非线性系统特性,实现根据路面等级调整控制参数的目的.首先建立四分之一车辆模型,选取电流为优化变量,簧载质量加速度和轮胎动行程为优化目标;然后利用布谷优化算法求取不同路面下悬架最优参数,并利用路面识别方法得到当前路面等级,结合悬架性能需求实现悬架在不同路面下自适应调节.仿真结果表明:1)控制算法可根据不同路面情况自适应调整悬架参数,提高系统性能;2)相比于传统粒子群优化方法(PSO),基于布谷优化算法得到的控制电流能提供更为理想的悬架系统性能.     

基于蒙特卡罗法的轨迹再现转向机构稳健性设计

对于转向梯形机构,以转向过程的运动精度为目标函数,以主销中心距、轴距、转向梯形底角和转向梯形臂长度四个参数作为设计变量,以最小传动角及最大角度误差作为约束,建立了基于响应面方法的稳健设计数学模型. 应用具有正态分布参数的蒙特卡罗稳健设计方法,对汽车转向机构进行了优化设计. 比较了确定性优化方法与蒙特卡罗方法的设计结果. 在转向角度误差相差不大的情况下,应用蒙特卡罗方法设计的转向机构最小传动角大,系统的传递性能及运动性能好,并且当设计变量出现微小变化时,能有效保证转向系统的运动轨迹.     

基于遗传算法的独立悬架与转向系统匹配优化设计

针对汽车上的两个重要组成部分转向系统和悬架系统之间在实际运动中所存在的干涉问题,文中以某款商务车为研究对象,分析了悬架系统与转向系统理想匹配的要求,建立了目标函数、设计变量和约束条件.基于遗传算法,运用MATLAB软件编写了仿真程序,通过比较优化前后仿真结果,可得出优化后的结果明显好于优化前,和传统的设计方法相比,这种方法提高了精度和效率.     

线控独立转向-悬架导向机构的设计与分析

为了消除车轮跳动过程中悬架导向机构与转向杆系的干涉,实现精确独立转向,提高系统集成度,使无驱动半轴传动的全轮线控独立转向电动汽车前后轮采用相同的独立悬架-转向轮模块化结构,提出了一种一体化线控独立转向-悬架导向机构.根据空间机构学理论推导出该导向机构运动分析公式,利用MATLAB分析了单一变量对悬架动力学参数的灵敏度,确定优化设计变量.运用ADAMS/Car建立该导向机构的虚拟样机模型,在ADAMS/Insight模块中对其进行运动学灵敏度分析,找出关键优化设计变量并对其优化,改善悬架运动性能.     

Kinematic characterization and optimization of vehicle front-suspension design based on ADAMS

To improve the suspension performance and steering stability of light vehicles, we built a kinematic simulation model of a whole independent double-wishbone suspension system by using ADAMS software, created random excitations of the test platforms of respectively the left and the right wheels according to actual running conditions of a vehicle, and explored the changing patterns of the kinematic characteristic parameters in the process of suspension motion. The irrationality of the suspension guiding mechanism design was pointed out through simulation and analysis, and the existent problems of the guiding mechanism were optimized and calculated. The results show that all the front-wheel alignment parameters, including the camber, the toe, the caster and the inclination, only slightly change within corresponding allowable ranges in design before and after optimization. The optimization reduces the variation of the wheel-center distance from 47.01 mm to a change of 8.28 mm within the allowable range of ?10 mm to 10 mm, promising an improvement of the vehicle steering stability. The optimization also confines the front-wheel sideways slippage to a much smaller change of 2.23 mm; this helps to greatly reduce the wear of tires and assure the straight running stability of the vehicle.