基于动力学模型的三轴汽车防侧翻控制系统研究

摘要

重型载货汽车在国民生活和设施建设中起着至关重要的作用、其在行驶的过程中因其具有质心位置高、重量和体积大、轮距相对车身高度过窄等特点，所以极易发生侧翻事故而造成巨大的生命和财产损失。且在各类交通事故中，重型汽车侧翻事故呈逐年增加的趋势，严重的限制了我国的道路交通运输产业的发展。
　　本文在借鉴国内外相关的研究成果的基础上，以改善重型车辆侧倾稳定性为目的。重点对防侧翻控制系统进行研究，主要包括了以下几个方面:
　　以建立的低自由度三轴车辆简化模型为基础，结合遗传算法和Levenberg-Marquard(L-M)数值优化算法，基于对应的工况下的ADAMS仿真数据，辨识出整车模型中的前、中、后轴三轴的侧偏刚度。然后通过阶跃工况，对辨识结果进行仿真验证。仿真结果表明，采用该辨识方法建立的动力学模型较为精确，能较好地模拟出整车的瞬态和稳态的基本运动特性。
　　应用计算多体动力学基本理论，以多刚体系统动力学为基础，考虑悬架K&C特性建立具有较高精度面向特性的中后桥双胎三轴汽车二十六自由度非线性动力学模型。采用改进的迭代算法求解微分方程，通过与ADAMS和TruckSim对比分析，发现仿真精度高于TruckSim，运算速度快于ADAMS。并且在接近非线性运动时，该模型也能对整车运动状态进行模拟。
　　基于传统稳定性控制思路，采用侧向加速度作为侧翻评价指标，确立基于理想二自由度车辆模型的线性二次型(LQR)防侧翻控制策略;基于LQR算法，首先离线建立反馈控制系数;一旦车辆的侧向加速度超过门限值，则通过查表的方式快速确定最优附加横摆力矩;再运用差动制动方式控制各车轮的制动压力，实现对应的横摆控制力矩，使车辆恢复稳定。并通过相应工况的仿真结果表明，该防侧翻主动控制系统对正常行驶时车辆无干扰，而在车辆即将失去稳定性发生侧翻时对防止车辆侧翻有较积极的作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 国内外研究历史与现状

1．2．1 汽车侧倾稳定性研究现状

1．2．2 动力学模型参数辨识研究现状

1．2．3 重型车辆动力学研究现状

1．2．4 汽车动力学仿真技术的应用

1．3 本文研究内容

第2章 车辆简化模型建模及关键参数辨识

2．1 重型汽车的简化模型

2．1．1 坐标系定义

2．1．2 模型假设

2．1．3 二自由度车辆模型

2．1．4 三自由度车辆模型

2．2 重型商用车的ADAMS模型及参数辨识

2．2．1 ADAMS软件介绍

2．2．2 遗传算法原理

2．2．3 L-M算法原理

2．2．4 参数辨识结果

2．2．5 辨识结果验证

2．3 本章小结

第3章 基于动力学模型的三轴汽车模型建模

3．1 假设条件及坐标系定义

3．2 参考坐标系之间的转化

3．3 轮胎动力学模型

3．4 悬架模型

3．4．1 悬架受力分析

3．4．2 悬架运动学分析

3．5 轮胎姿态角与回正力矩的确定

3．6 车身动力学模型

3．6．1 车辆惯性力求解

3．6．2 车辆受力分析

3．7 动力学模型求解

3．8 模型验证

3．8．1 角阶跃工况

3．8．2 稳态回转工况

3．9 本章小结

第4章 重型车辆的防侧翻控制

4．1 动态侧翻的门限值

4．2 附加横摆力矩决策

4．2．1 理想车辆模型

4．2．2 状态偏差控制模型

4．2．3 LQR最优决策

4．3 差动制动

4．3．1 轮缸压力变化对汽车横摆力矩的影响

4．3．2 制动车轮的选择

4．3．3 ABS下层控制器和执行器

4．3．4 制动器的设计

4．4 基于车辆动力学的状态软测量

4．5 典型工况的仿真实验

4．5．1 角阶跃工况

4．5．2 鱼钩工况

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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