某牵引车多体系统动力学建模与仿真

利用多体理论对某牵引车建立了整车非线性系统动力学模型，模型中将钢板弹簧离散为多个无质量Timoshenko梁连接的柔性体，以模拟钢板弹簧的非线性特性，将整车模型在方向盘正弦输入下进行仿真的结果表明，车辆的操纵性能与方向盘输入有较好的跟随性，但由于非线性特性的影响而存在滞后现象，同时载荷转移使得车辆转弯时内侧的侧向力比外侧的侧向力小，且变化相对平缓，该模型较好地反映了车辆实际运行的动力学特性，其建模方法可以应用于其他计及非线性效应车辆的动力学响应的研究。     

人机共驾智能汽车紧急工况下的驾驶员应激反应

基于L2-L3级别智能汽车在人机共驾工况下驾驶员的认知特征,建立人机共驾智能汽车紧急工况下的驾驶员应激转向模型,该模型反映了驾驶员在应激过度状态下的转向特性.通过应激转向曲线中转向盘转角幅值与转向频率之间的拟合关系来表征驾驶员的应激程度.考虑高速大转角下的车身侧倾,并引入非线性轮胎模型,建立3自由度非线性整车动力学模型,通过侧向加速度的跟踪仿真对驾驶员应激转向模型进行验证.结果表明：驾驶员在应激过度行为下会使车辆产生过度的前轮转角;模型输出结果和实车试验结果有较好的匹配度,模型可以描述驾驶员应激转向特征.     

基于ADAMS/Car的汽车侧风稳定性虚拟试验研究

为了避免实车道路试验的危险性并揭示其侧风作用下的响应特性,采用机械系统动力学仿真软件ADAMS/Car,建立了汽车侧风稳定性试验模型并进行虚拟试验.在分析风压中心及侧向风作用力模拟的基础上,通过采集大量实车数据,经三次样条插值建立了一定车速下风压中心位置、稳态和随机侧向风作用力大小随时间变化的连续曲线模型.对应施加于某轿车模型,在二维平整路面上进行了稳态和随机侧向风作用下的仿真试验,得到了侧向加速度、横摆角速度、侧倾加速度和侧向位移的响应输出,输出结果与实车试验和实际行车规律都相吻合.风压中心位置漂移连续性模拟方法从理论上保证了汽车侧风稳定性虚拟试验与实车试验的一致性.     

运动结合部的非线性对大型数控机床动力学特性的影响

为了提高大型数控机床的加工性能,从非线性动力学的角度考察运动结合部对机床动态特性的影响.针对某大型数控铣齿机床样机,建立包含运动结合部非线性的简化动力学模型,采用数值仿真算法求解模型的时域响应,通过快速傅里叶变换得到了关于动柔度的频域响应,并比较线性和非线性模型的响应差异,最后给出计算值和在机床样机上试验测量值的比较.结果表明,运动结合部的非线性显著影响了机床结构的共振行为和动柔度.     

汽车钢板弹簧多体动力学建模及动特性仿真研究

汽车悬架系统常用的弹性元件钢板弹簧,既是弹性元件,又是传递纵向、侧向地面作用力的传力元件,进行动力学建模时存在一定难度。文章从多体系统动力学的角度出发,建立了钢板弹簧的多体动力学模型,并应用机械系统动力学仿真软件ADAMS对其动特性进行了计算机仿真,仿真分析的结果与试验数据基本吻合,说明该仿真是成功的     

分布式驱动电动汽车的平方根容积卡尔曼滤波状态观测

针对车辆动力学系统状态估计的非线性问题,引入非线性动态Dugoff轮胎模型来构建包括纵向、侧向、横摆和侧倾等8自由度的非线性车辆动力学状态估计系统.在融合车载多传感器信息的基础上设计了车辆动力学的平方根容积卡尔曼非线性滤波状态观测器,对质心侧偏角、轮胎侧向力等关键状态进行观测.在Matlab/Simulink环境中搭建了Simulink-Carsim分布式驱动电动汽车系统状态估计联合仿真平台,采用双移线工况对观测器的可行性和有效性进行仿真验证.结果表明:传统的扩展式卡尔曼滤波状态观测器在车辆经历高侧向加速度过程中的观测值大幅偏离车辆运行状态的真实值,而设计的平方根容积卡尔曼非线性滤波状态观测器在整个双移线仿真工况下观测结果平稳,能实时反映车辆动力学系统的真实非线性运行状态,具有更小的观测误差和更高的观测精度.     

非线性橡胶悬架系统平顺性仿真与试验

基于橡胶元件非线性力学特性试验和悬架减振性能台架试验,建立了工程自卸车平面八自由度集中质量参数模型,该模型包含了刚度立方非线性和阻尼分段非线性.用龙格库塔法求解八自由度强非线性动力学方程并用试验验证了仿真模型的正确性.仿真分析与试验研究都表明橡胶悬架减振特性仍需进一步的优化设计.通过橡胶悬架参数灵敏度分析,确定了橡胶悬架最合适的优化参数;双参数的仿真研究表明在考虑有效约束条件下能优化得到橡胶悬架的最佳值.该研究为非公路车辆橡胶悬架的优化设计奠定了基础.     

基于Trucksim的弯道安全车速模型研究

为提高车辆弯道行驶的安全性,针对汽车弯道行驶中侧滑、侧翻等侧向失稳问题,选用某型商用车为研究对象,考虑车辆悬架的动刚度特性和轮胎的非线性特性等,通过Trucksim软件建立了整车动力学模型,在平直路面上进行了不同弯道半径、不同附着系数与通过车速的交互仿真试验,然后在曲面函数拟合的基础上结合仿真实验数据建立了安全车速与附着系数、弯道半径的数学模型。通过Matlab仿真将本文模型与现有的弯道安全车速计算模型进行对比分析,该模型得到的弯道安全车速值在现有模型的计算值之间,同时在当路面附着系数在上升到某一定值后,通过模型计算出的安全车速值还呈现出车速峰值现象,反映出了通过弯道时的侧翻现象;最后,采用Trucksim软件对转弯半径为250 m、附着系数0.7的弯道仿真,使得出的安全车速值与该模型得到的安全车速值进行对比,本文模型将计算误差从传统计算模型的16%降低到了1.4%,提高了计算精度。该研究为车辆转弯时的侧翻、侧滑评价以及车辆转向行驶的主动安全控制提供了参考。     

全地形车操纵稳定性建模与仿真

基于三维几何建模软件CATIA和多体动力学软件MSC.Adams,建立了用于操纵稳定性分析的全地形车整车多体动力学模型.参照汽车操纵稳定性试验方法,对全地形车进行稳态回转仿真分析、角阶跃输入仿真分析和单"移线"仿真分析.全地形车的稳态回转特性在低侧向加速度时体现为不足转向,中等侧向加速度时体现为过多转向,高侧向加速度时又表现出不足转向特性,这是由于全地形车采用单摇臂式后悬和后桥单轴驱动.分析表明驾驶员身体的移动能在一定程度上修正稳态回转特性.     

基于仿真的客车稳态转向特性影响因素分析

建立了客车操纵动力学仿真模型，根据仿真结果分析了影响稳态转向特性的主要因素．用中性转向点侧向加速度、不足转向度和车厢侧倾度三个评价指标对稳态转向特性评价计分，并根据计分值对悬架和轮胎参数进行调整以改善客车的操纵性能．     

自主车辆线性时变模型预测路径跟踪控制

为提高自主车辆路径跟踪控制的实时性和鲁棒性,研究一种线性时变模型预测路径跟踪控制方法.建立用于控制器仿真验证的纵向侧向二维车辆非线性动力学模型;从二轮三自由度模型出发,推导出线性时变路径跟踪预测模型;引入向量松弛因子解决优化求解过程中硬约束导致的控制算法非可行解问题,基于模型预测控制理论将路径跟踪控制算法转化为带软约束的在线二次规划问题;最后通过Matlab/Simulink实现车辆动力学建模和控制器设计,双移线工况仿真结果表明,所设计的控制器能够适应不同车速、不同设计参数的鲁棒性要求.     

考虑侧向偏移的车辆行为特性及优化速度模型

针对车流优化速度模型在侧向偏移方面的尚存缺陷,提出了考虑侧向车影响及侧向偏移的优化速度模型。综合考虑了车辆侧向偏移的影响因素,基于刺激-反应机制和车辆跟驰理论,系统分析车速优化模型,协同考虑换道车辆侧向偏移的影响因素,建立车辆行为特性的优化速度模型,并在典型的减速换道场景中进行仿真分析。结果表明,考虑侧向偏移的优化速度模型能够更加贴合实际交通状况,切实体现车辆驾驶行为特性规律,研究成果为车辆平稳运行和安全换道提供理论依据。     

极限工况下车道保持系统的行驶稳定性研究

车道保持控制系统可以辅助驾驶员对车辆的操纵,避免其发生偏离车道、碰撞障碍物等危险情况,通常认为该系统工作在轮胎的线性区段.然而,车道保持中的关键控制变量(方向偏差和侧向偏差)与车辆稳定性关系密切,能够在极限工况下起到稳定车辆的作用.为此,设计了基于人工势场法的车道保持控制算法,在线性车辆模型的基础上将线性轮胎模型扩展为非线性轮胎模型.仿真结果表明,当车辆受到突然的转向干扰时,车道保持控制算法在极限工况下依然能使车辆有效跟踪目标路径,并且保持车辆的稳定性.     

自适应模型预测控制的车道保持控制策略

建立车辆侧向动力学模块、车辆传感模块、道路曲率预瞄模块.在传统模型预测控制(MPC)算法的基础上,利用辛普森法则,结合车道保持优化性能指标和系统约束,设计基于自适应模型预测控制的车道保持控制策略.在Simulink环境下,将其与基于传统模型预测控制器进行比较分析.仿真结果表明:相较于模型预测控制,自适应MPC能够在各控制周期实现车辆模型更新,在强非线性工况下具备较好的鲁棒性,进而能够保证行车安全的前提下,获取较好的乘坐舒适性.     

基于时间和空间融合的车道偏离预警模型

针对车辆偏离时间和车辆横向位置决策模型精确度不足的问题,基于车辆动力学原理,建立车辆运行模型,分析车辆从当前位置到接触车道边缘为止所需要的最小时间和车辆中心距离车道中心线的距离,建立基于时间和空间融合的车道偏离预警模型;运用Carsim软件对所建模型进行仿真验证,并将所建模型与TLC、DLC两种典型的预警模型的预警结果进行对比,结果表明,本文提出的预警模型可有效针对车道偏离进行预警,误差率在4%之内,精度较高。     

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。     

基于MPC的车道保持系统转向控制策略

针对汽车的自动车道保持系统,研究了基于模型预测控制(MPC)的转向控制策略.对车辆的侧向动力学和轮胎的侧偏特性进行分析,研究了以位移偏差、横摆角偏差和两者微分项为状态变量、前轮转向角为控制输入的侧向动力学模型;在该模型的基础上,建立了车道自动保持控制的优化性能指标和系统约束,引入了平滑的期望参考轨迹,设计了基于MPC的转向控制策略.仿真试验证明,在不同车速下,该控制策略均能迅速消除侧向位移偏差和横摆角偏差,保证车辆沿着车道中心线行驶,并有效平滑系统的动态响应,具有较好的适应性和鲁棒性.     

半挂汽车列车转弯制动横向稳定性控制

为实现半挂汽车列车在转弯制动时的横向稳定性,建立了半挂汽车列车非线性动力学仿真模型. 利用实车系统的稳态转向试验与直线制动试验,验证了模型的可靠性. 对在低附着路面上行驶的半挂汽车列车转弯制动失稳机理进行了分析. 设计了以牵引车和半挂车的补偿横摆力矩来修正横向稳定性的控制策略,仿真结果表明,控制方案可有效地纠正半挂汽车列车在低附着路面上转弯制动的过度转向,改善车辆的横向稳定性.     

基于改进型滑模控制的4WS汽车控制策略研究

针对线控四轮主动转向车辆受侧向干扰和变道行驶时存在的操纵稳定性问题,基于单点预瞄驾驶员模型、三自由度整车动力学模型和改进型滑模四轮转向（4WS）控制算法,建立了4WS整车驾驶系统,并设计了双移线行驶工况对其进行实验测试.在Matlab/Simulink软件中对该整车驾驶系统进行建模仿真,并与相同参数的经典型滑模控制的4WS车辆和无控制前轮转向（FWS）车辆模型仿真结果对比.结果表明:设计的改进型滑模控制器可以有效地实现双移线行驶工况,追踪理想横摆角速度,使质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度保持一个相对较小的值,并且对侧向干扰具有很强的鲁棒性.      

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.