基于柔性车架的多轴转向汽车操纵稳定性研究

摘要

随着国民经济和国防工业建设的发展，以及对矿业、油田、交通运输、公路和环保工程等项目投资的增加，加大了对重型越野车的需求，因此，重型和超重型越野车得以快速发展。多轴重型越野车轴距大、轴数多、承载能力强，具有很高的运输效率，但是它自身具有的这些特征使得其操纵稳定性难于控制，且车架的弹性弯曲变形对整车动力学特性有显著的影响。操纵稳定性是车辆的重要性能之一，它的影响因素有很多，本文主要分析转向模式、车架弹性特性和转向控制方式对它的影响。
　　 本文以某五轴重型越野车为研究对象，建立了其基于刚性车架的线性二自由度整车模型，采用零质心侧偏角比例控制，分析了全轮转向、四轴转向、前两轴转向和前轴转向四种不同的转向模式对车辆操纵稳定性的影响。其中全轮转向和四轴转向模式下的操纵稳定性最佳，减少转向轴，车辆的机动性和稳定性均变差。
　　 为分析车架弹性弯曲变形对操纵稳定性的影响，建立了基于柔性车架的线性二自由度整车模型，对比刚性模型和柔性模型在全轮转向和前轴转向模式下的操纵稳定性。经对比分析车架的弹性弯曲变形减小了车辆的不足转向量，延长了仿真参数的稳定时间，增大了仿真参数的相位延迟角，且车架的抗弯刚度越小，不足转向量越少，参数稳定时间越长，相位延迟角越大。本文还对比分析了四种不同的转向控制方式，经对比基于横摆角速度反馈控制和零质心侧偏角比例控制的车辆具有良好的操纵稳定性。
　　 此外，本文利用ADAMS/Car建立了五轴样车的多刚体动力学模型，并在Simulink中建立了零质心侧偏角比例控制模型和横摆角速度反馈控制模型。通过ADAMS/Control设置了ADAMS与Matlab的联合仿真接口，将ADAMS整车模型导入了Matlab中，并与Simulink中建立的控制模型相连组成了联合仿真模型。通过联合仿真，比较了线性二自由度整车模型和多自由度ADAMS整车模型的操纵稳定性，经对比，两种模型的操纵稳定性存在一定的差异，但各仿真参数的变化趋势大致相同。此外，还对比了ADAMS模型在不同转向控制方式下的操纵稳定性，经对比，转向控制方式对多自由度模型的操纵稳定性也有很大的影响。
　　 本文以某一具体的五轴重型越野车为研究对象，分析了几种对其操纵稳定性有重要影响的因素，并根据仿真结果得出了相关结论，具有一定的现实意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 多轴重型越野车的国内外发展概况

1．2．1 国内重型越野车的发展概况

1．2．2 国外重型越野车的发展概况

1．3 多轴重型越野车国内外研究现状

1．4 汽车操纵稳定性评价

1．5 本文研究的内容和意义

第2章 多轴转向汽车刚性二自由度整车模型的建立

2．1 刚性二自由度转向模型的建立

2．2 前轮角阶跃输入下的汽车稳态转向特性和时域响应

2．2．1 前轮角阶跃输入下的汽车稳态转向特性

2．2．2 前轮角阶跃输入下的ωr和β的时域响应

2．3 横摆角速度ωr和质心侧偏角β频率响应特性

2．3．1 横摆角速度ωr和质心侧偏角β频率响应函数的推导

2．3．2 横摆角速度ωr和质心侧偏角β频率响应特性分析

2．4 本章小结

第3章 多轴转向汽车柔性二自由度整车模型的建立

3．1 柔性二自由度转向模型的建立

3．1．1 三弯矩方程简介

3．1．2 各轴处车架转角的计算

3．2 前轮角阶跃输入下的汽车稳态转向特性和时域响应

3．2．1 分别基于刚性和柔性车架的整车模型的稳态转向特性

3．2．2 稳定性因数与车架抗弯刚度的关系

3．2．3 分别基于刚性和柔性车架的整车模型的ωr和β时域响应特性

3．3 横摆角速度ωr和质心侧偏角β频率响应特性

3．3．1 横摆角速度ωr和质心侧偏角β频率响应函数的推导

3．3．2 分别基于刚性和柔性车架的整车模型的ωr和β频率响应特性

3．4 本章小结

第4章 不同转向控制方式下的操纵稳定性分析

4．1 后轴转角比例于前轴转角加横摆角速度反馈控制

4．2 全轮同向旋转比例控制

4．3 前轴与后轴反向旋转比例控制

4．4 基于不同转向控制方式的整车操纵稳定性对比分析

4．4．1 整车前轮角阶跃输入下的稳态转向特性对比分析

4．4．2 整车前轮角阶跃输入下的时域响应对比分析

4．4．3 整车ωr、β以ay的频域响应对比分析

4．5 本章小结

第5章 基于ADAMS／Car的多轴车建模

5．1 ADAMS软件介绍

5．1．1 ADAMS四种组成模块简介

5．2 ADAMS／Car建模流程

5．3 多轴样车整车建模

5．3．1 悬架建模

5．3．2 转向系统建模

5．3．3 轮胎模型

5．3．4 动力系统建模

5．3．5 货箱和驾驶室建模

5．3．6 车架建模

5．4 本章小结

第6章 基于联合仿真的多轴车操纵稳定性分析

6．1 ADAMS／Car与Matlab／Simulink的接口设置

6．1．1 联合仿真步骤

6．1．2 ADAMS／Car接口设置

6．1．3 Simulink中联合仿真系统的构建

6．2 方向盘角阶跃输入联合仿真

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 论文展望

参考文献

致谢