驱动力矩对汽车操纵稳定性的影响和控制研究

摘要

随着我国汽车行业的迅猛发展，人们对行车安全的要求越来越高，汽车的操纵稳定性作为汽车安全性能之一，一直是人们研究的重要内容。轮胎力是改变汽车行驶状态的主要因素，而轮胎纵向力的大小取决于驱动力矩的大小和轮胎与地面的附着条件，因此汽车的驱动力矩和其在前、后车轮的分配对汽车的操纵稳定性具有重要影响。
　　论文首先对汽车操纵稳定性控制系统研究的发展概况进行了介绍，并指出了目前对操纵稳定性的仿真研究忽略了汽车驱动力矩的影响，因此也无法对驱动/转向工况下的操纵稳定性进行仿真研究。其次对理想的线性2自由度模型和假设条件进行介绍，提出了驱动力矩对汽车操纵稳定性影响的3个方面。以汽车系统动力学为基础，建立了包含纵向运动在内的非线性5自由度整车模型、魔术轮胎模型和无驱动力矩传统模型以便于仿真研究，并在Matlab/Simulink中实现了图形建模。通过分析，得出了轮胎纵向力在侧向上的分量对汽车操纵稳定性的影响。接着通过对汽车失稳的原因和稳定性的表征进行了分析，并对汽车操纵稳定性控制的目标参数:横摆角速度和质心侧偏角的名义值进行了计算。然后在不同路面附着系数上对非线性5自由度整车模型与传统模型进行仿真对比，并且在驱动/转向工况下，通过改变驱动力矩的大小得出其对汽车操纵稳定性的影响。最后以驱动力矩对操纵稳定性影响的仿真结果为基础，提出了一种通过对驱动力矩在前、后车轮的分配进行PID(比例(proportion)、积分(integration)、微分(differentiation)）控制的方法，并进行了仿真研究。仿真结果表明:前轮驱动的汽车模型，驱动力矩会使得汽车的转向性能弱于传统模型的仿真结果，这种减弱的效果，会随着前轮转角和车速的增大而增大;在驱动/转向工况下，施加较大的驱动力矩，会使得横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度瞬态响应增益减弱，转向能力减弱，随着时间的变化和纵向车速的增大，汽车转向能力会逐渐加强;滑移率会随着驱动力矩的增大而增大，驱动轮打滑时，汽车失去转向能力;对驱动力矩在前、后车轮的的分配系数控制可以获得较好的操纵稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车辆防滑控制

1．2．2 车辆横摆稳定控制

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 课题研究的内容

第二章 车辆动力学模型的建立

2．1 理想的线性二自由度汽车模型

2．2 非线性五自由度整车模型

2．2．1 车身动力学方程

2．2．2 车轮动力学方程

2．2．3 滑移率和前、后车轮垂直载荷以及侧偏角的计算

2．2．4 轮胎纵向力在侧向上的分量对操纵稳定性的影响

2．3 轮胎模型

2．3．1 纯侧偏工况下的轮胎力

2．3．2 驱动与转弯联合工况下的轮胎力

2．4 无驱动力矩传统模型

2．5 在Matlab／Simulink中实现图形建模

2．5．1 整车系统模块

2．5．2 轮胎纵向力和侧向力模块

2．5．3 计算轮胎力所需模块

2．6 本章小结

第三章 车辆稳定性原理与分析

3．1 车辆操纵稳定性失稳分析

3．1．1 轮胎侧向力与侧偏角的关系

3．1．2 轮胎纵向力对侧向力的影响

3．2 车辆稳定性控制参数的选取

3．2．1 横摆角速度与汽车稳定性的关系

3．2．2 质心侧偏角与车辆稳定性的关系

3．2．3 控制变量名义值的确定

3．3 车辆失稳条件的判断

3．4 本章小结

第四章 驱动力矩对操纵稳定性影响的仿真分析

4．1 驱动力矩对操纵稳定性影响的仿真模型

4．2 仿真初始条件设定

4．3 非线性5自由度模型与传统模型的仿真对比

4．3．1 前轮角阶跃输入

4．3．2 正弦波输入仿真

4．4 驱动／转向工况下的汽车操纵稳定性影响仿真分析

4．5 本章小结

第五章 对驱动力矩分配系数的控制实现汽车操纵稳性控制

5．1 车辆稳定性控制方法

5．2 PID控制

5．3 车辆稳定性控制系统仿真模型

5．4 操纵稳定性控制的仿真与结果

5．4．1 匀速工况下的操纵稳定性控制仿真

5．4．2 驱动／转向工况下的操纵稳定性控制仿真

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的学术成果