基于转矩矢量控制分布式电驱动客车操纵性改善方法

基于分布式电驱动系统,设计转矩矢量控制提高分布式驱动电动客车操纵性能。针对大客车转向时的载荷变化大,以及轮胎、悬架、转向系耦合特性强的特点,采用多项式描述前后轴等效侧向力和回正力矩与侧偏角关系,并设计质量估计算法在车轮垂向载荷变化时对侧偏刚度进行修正。考虑车辆非线性特性,定义车辆理想转向特性,并设计不同转角与车速下的直接横摆力矩控制前馈项。为提高控制器鲁棒性,采用抗积分饱和的滑模变结构控制算法设计直接横摆力矩控制反馈项。仿真和试验结果表明,施加操纵性改善控制后,车辆更接近中性转向,蛇行试验峰值转角平均值降低21%以上,操纵性能显著提升。     

基于K&C试验台的扭力梁与多连杆悬架研究

以某新旧两款商务车为研究对象,该两款车型后悬架分别采用扭力梁式悬架与多连杆式独立悬架,利用KC试验台获取其悬架系统的特性参数,对比分析平行轮跳试验结果中的车轮外倾角以及车轮前束角的差异和特点,然后基于整车基本数据使用汽车仿真软件Carsim分别建立整车模型,进行转向盘转角阶跃输入仿真,并通过整车侧向加速度与横摆角速度的变化来分析两种不同的后悬架对这款车型整车操纵稳定性的影响。结果表明,相对于扭力梁式后悬架,多连杆式后独立悬架能够加快稳态响应,减小谐振幅度,而且在特殊工况下,侧倾现象明显更小,响应速度更快。     

驾驶人转向操纵动态特性的影响因素

针对驾驶人模型建模中驾驶人的感知、决策和操纵3个关键行为,通过对转向盘转角进行傅里叶变换,在频域上分析行驶轨迹和车速对驾驶人转向操纵动态特性的影响。采用Matlab建立了人车闭环仿真模型,分别在低速60km/h和高速100km/h下进行了蛇形试验和双移线试验仿真,并且在湖州的普通公路和高速公路上进行了实车试验,对比了直线行驶与弯道行驶下的驾驶人转向操纵动态特性。研究结果表明:随着速度增加转向盘转动频率增加,频率成分越高,转向修正幅度越大;在相同速度、不同弯道转角时,转向频率分布基本相同,但是随着弯道转角的增加,转向盘转角幅值明显增大;直线行驶工况下,转向盘转角幅值明显降低。综合分析,道路线型和行驶车速对转向盘转角动态特性影响较大。     

考虑坡度影响的车辆行驶动力学建模与仿真

考虑横向坡度、纵向坡度与合成坡度道路特征参数对车辆动力学与轮胎垂直载荷变化的影响,基于15自由度车辆动力学模型,建立横向坡度、纵向坡度与合成坡度车辆动力学与轮胎垂直载荷变化模型,联立转向系、制动系、动力传动系、车轮与悬架模型,构建整车行驶动力学仿真模型,并在不同横向、纵向、合成坡度以及车速下进行仿真分析比较。结果表明：横摆角速度受纵向坡度的变化影响很小,但随横向与合成坡度的增大而逐渐减小,且在相同坡度下,随着车速的增大,波动幅度增大,峰值增大;前轮侧偏角受纵向与合成坡度的变化影响很小,但随横向坡度的增大而增大;侧倾角速度随横向与合成坡度的增大而先减小后增大,且在相同纵向坡度下,随车速的增大,波动幅度增大,峰值增大。     

分布式独立转向车辆的转角分配方法

针对分布式独立转向系统存在的转角分配问题,阐述了分布式转向的系统结构和工作原理,并基于阿克曼转向定理,同时考虑前轮轮胎侧偏,推导出适合前轮独立转向(2WIS)和四轮独立转向(4WIS)的转角分配算法,研究了该算法对车辆轮胎磨损情况和行驶稳定性的优化效果;利用线性二自由度汽车模型,得出轮胎侧偏角与车速、横摆角速度及车轮转角之间的关系,并利用得出的轮胎侧偏角对阿克曼转向定理进行修正,得出各车轮的转角分配关系;最后,通过Carsim-Simulink联合仿真来验证该转角分配方法的正确性,通过评价轮胎侧向力的优化情况来确定轮胎磨损的改善状况,通过质心侧偏角来评价车辆的行驶稳定性.仿真结果表明,所提出的转角分配方法对于改善轮胎磨损情况和提高车辆行驶稳定性具有很好的效果.     

车速变化对车辆平顺性的影响

为研究车速变化对车辆平顺性的影响,建立了考虑车速变化时纵向惯性力影响与白噪声频率时变的路面随机输入1/2车悬架动力学模型.其中,白噪声频率时变的路面输入模型是利用Matlab/Simulink软件的Lookup Table模块,针对实时的车辆行驶距离对空间路面随机激励模型查表来获得.数值仿真结果表明:车速变化对轮胎动变形、簧载质量加速度及车身俯仰角加速度指标基本没有影响,但使悬架动挠度指标明显变差,且车速变化越剧烈及悬架刚度越小,上述现象越明显.采用减小车辆质心至0.8倍与增大悬架刚度至1.1倍的改进时,牺牲簧载质量加速度指标6.96％和车身俯仰角加速度指标0.89％,可使前后悬架动挠度指标分别得到20％与17.6％的明显改善.     

不同平顺性评价指标对悬架最优阻尼比的影响

为研究不同汽车平顺性评价指标对悬架最优阻尼比的影响,以1/4汽车悬架线性模型为研究对象,采用MATLAB/Simulink软件建立路面不平度时域模型及悬架二自由度模型。首先仿真验证路面不平度时域模型的准确性;接着分别采用加速度均方根值和频率加权加速度均方根值作为平顺性评价指标计算最优阻尼比并进行比较,研究表明考虑加权作为评价指标的最优阻尼比小于未考虑加权作为评价指标的最优阻尼比,且两个评价指标下的最优阻尼比均与路面等级和车速无关;最后提出了同时考虑加权加速度均方根值、动挠度均方根值、车轮动载均方根值的综合平顺性评价指标,研究了基于该指标下不同路面不同车速的最优阻尼比,结果表明,采用综合平顺性评价指标时的最优阻尼比与路面等级和车速相关。研究结论为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

减速带路面工况下线性和非线性模型悬架的最优阻尼比

为研究减速带路面工况下悬架最优阻尼比,搭建了二自由度汽车悬架线性及非线性模型,并采用Matlab/Simulink软件建立正弦截面减速带路面时域模型以通过仿真验证路面模型准确性。在此基础上,根据ISO标准中频率加权系数设计频率加权滤波网格;探讨脉冲输入下悬架线性模型的局限性,提出考虑车轮离地、撞击限位块场景下的二自由度悬架非线性模型;最后采用振动剂量值VDV和轮荷冲击系数k作为减速带路面工况下平顺性评价指标,仿真比较线性和非线性模型在考虑车轮离地、不同悬架限位块刚度以及不同行驶速度情况下的悬架最优阻尼比。研究表明仅考虑车轮离地非线性情况不会影响最优阻尼比,考虑撞击限位块时,不同限位块刚度以及不同车速均影响最优阻尼比. 该项研究结果为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

考虑侧偏角影响的双前桥转向角匹配研究

研究了双前桥转向系统中,整车的侧向加速度所造成的车轮侧偏角对实际车轮转向角的影响,提出了考虑侧偏角影响时双前桥转向的阿克曼条件.首先推导了存在车轮侧偏角时双前桥各车轮转向角之间的变化规律,提出了包含车轮侧偏角在内的阿克曼转角公式;其次以某双前桥转向的重型卡车为应用对象,将所推导的设计公式应用于该重型卡车的设计中,建立相应的多体动力学模型,借助于Adams软件的仿真分析对各车轮转向角进行了设计;最后通过实车试验验证了经修正后的阿克曼转角公式的正确性.     

两种基本阵风构型与组合对多轴汽车操纵稳定性的影响

分析了汽车驶过阵风过程与五种阵风构型,建立了恒值和递增线性两种基本阵风构型对汽车作用模型,由两种基本阵风构型获得了递减线性、递增组合、递减组合三种组合阵风构型对汽车作用模型。通过仿真获得了五种阵风构型对三轴汽车的侧向力、横摆力矩、侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角曲线,分析了阵风对汽车操纵稳定性影响。以恒值阵风为例,模拟出不同阵风强度和车速下消除阵风影响所需的车轮转角变化曲线,有利于驾驶员有效控制阵风影响。     

基于横向载荷转移量的客车侧倾稳定性分析

针对客车侧倾稳定性问题,建立了基于横向载荷转移七自由度动力学模型,并根据所获得实车试验数据验证了所构建模型的合理性.根据所构建的具有横向载荷转移七自由度动力学模型进行了不同车速下转向盘转角阶跃仿真,分析客车结构参数和车速对其侧翻稳定性的影响.仿真结果表明:客车后轮驱动轴为侧倾稳定性的危险车轴,当车速过高或前轮转角过大时,后轴首先离地.增大各轴轮距、降低簧上质量质心高度、提高客车悬架侧倾刚度,能够有效的提高客车的侧倾稳定性.     

后轮随动转向车辆非线性动力学特性研究

向后轮随动转向系统中引入一种黏弹性参数可变的黏弹性材料,以替代传统的橡胶衬套;基于黏弹性材料的分数阶本构模型,以及具有饱和特性的非线性魔术轮胎模型,建立了随动转向车辆的三自由度分数阶动力学模型;根据给定的车辆参数,利用MATLAB软件仿真研究了随动转向车辆的横向动力学行为。研究结果表明:在一定的参数条件下,随着车速的提高,后轮随动转向角发生了Hopf分岔现象;当车辆的行驶速度超过某个阈值时,随动转向车辆将发生明显的摆振,后轮随动转向角和车辆横摆角速度时间历程曲线均呈现出具有两个稳定幅值的周期振动,随动转向角相图上出现了两个极限环;后悬架中引入的黏弹性材料参数对随动转向车辆的非线性动力学行为具有明显的影响。该研究为后轮转向车辆横向动力学行为的半主动控制奠定了理论基础。     

车身侧偏角实用算法仿真

研究了车辆稳定性控制系统中车身侧偏角的算法,建立了15自由度整车模型,其中包括车身的6个自由度,4个车轮的旋转和垂直运动自由度以及前轮转动自由度.根据方向盘转角、整车侧向加速度、横摆角速度及其变化率求得前、后轴侧向力进而求得前、后轴中心处侧偏角;根据横摆角速度、前、后轴中心处侧偏角求取整车的车身侧偏角.仿真结果表明,该算法能够在不同附着路面上,在较大车身侧偏角范围内准确求得整车车身侧偏角.     

基于ADAMS／View微型旅游观光电动汽车悬架仿真分析

针对唐山电动汽车重点实验室前期研制的微型旅游观光电动汽车在行驶时出现轮胎过大的磨损、自动回正作用较弱、转向沉重等问题,在机械系统动力学仿真软件ADAMS／View中建立此电动汽车的前悬架虚拟样机模型。对此模型进行平行轮跳动实验,来仿真分析其悬架系统参数的变化范围,进而分析其产生汽车不稳定特性的原因,为进一步对悬架系统优化和整车平顺性分析做铺垫。     

载货汽车多侧翻指标关联性分析与实用化表征方法研究

以优化载货汽车实用化侧翻预警指标表征方法为目的,针对3种侧翻指标(侧向加速度、侧倾角、横向载荷转移率)展开理论关联性分析和动力学仿真试验验证。基于简化的车辆侧倾动力学模型,推导3种侧翻指标关联模型,在Matlab/Simulink中建立基于某轻型载货汽车实际参数的非线性多自由度动力学模型,设置车速与转向角独立变化的2组阶跃转向工况,研究车辆侧翻指标定量关联性及实用化表征方法。通过最终稳定点的分布拟合得到侧倾角和横向载荷转移率与侧向加速度之间的线性数值化模型,进而验证了提出利用侧向加速度间接表征侧倾角和横向载荷转移率的实用化侧翻预警指标表征方法。结果表明:随着方向盘转角和车速的提高,侧倾角和横向载荷转移率与侧向加速度在整个仿真过程中能够快速趋于稳态。通过此法计算出的车辆侧倾角和横向载荷转移率,为后续车辆侧翻预警控制系统的设计提供了良好的指标基础。     

烛式悬架定位参数对车辆操纵稳定性的影响

利用AMESim软件建立了XCMG170烛式悬架矿用汽车全液压转向系统的仿真模型,并验证了所建立的模型的正确性.通过AMESim和ADAMS软件的联合仿真模拟,进行了整车的稳态回转试验、双移线仿真试验和转向盘转角输入试验.通过改变前桥的初始定位参数,分别仿真分析整车的操纵性能,得到了表征整车操纵稳定性的横摆角速度、侧向加速度和车身侧倾角的曲线变化情况.结果表明,前束值增大使得烛式悬架整车的转向回正性能和行驶稳定性能变差,本仿真模型可为同类矿用汽车的选型及改进设计提供参考依据.     

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.     

汽车质心侧偏角观测器试验验证

提出了一种综合运动学和动力学模型估算车辆质心侧偏角的方法。引入非线性因子表征车辆的非线性状态程度,在此基础上提出了一种简化的非线性轮胎侧向力计算方法,考虑轮胎侧偏刚度补偿,基于单轨模型建立Kalman滤波器实时估计出车辆质心侧偏角。搭建基于轮速传感器、侧向加速度和横摆角速度组合传感器、方向盘转角传感器、MicroAutoBox和GPS系统的试验验证系统,在高附着路面条件下进行蛇形操纵和双移线操纵试验。试验结果表明:所设计的估计算法能在一定程度上反映车辆的实际状态,实时性和估计精度能满足稳定性控制系统的要求。     

车辆EPS模糊神经网络控制研究

在二自由度车辆转向和EPS动力学模型建立的基础上,设计了EPS模糊神经网络控制系统结构及其控制策略。对不同转向盘转角输入工况进行仿真计算。结果表明,与传统的机械式转向系统相比,有助力时车辆的横摆角速度峰值和标准差分别减少了5.2%和11.2%;车身侧偏角的峰值和标准差分别减少了29.2%和28.7%,结果证明了模型的正确性和控制策略的有效性。