爆胎汽车动力学及其主动安全控制

摘要

爆胎危险性极高且难以预测。汽车爆胎后，会出现明显的横摆、偏航，甚至是甩尾、激转等，严重威胁着驾乘人员的生命和财产安全。由于心理紧张、驾驶经验不足等原因，驾驶员很难及时做出准确有效的反应，而且经常会出现过度操作甚至是错误操作。 目前，汽车装备的底盘集成主动安全控制系统，仍然不具备爆胎汽车主动控制功能。本文在现有主动安全控制系统的基础上，进行拓展和延伸，通过差动制动以及主动前轮转向实现对爆胎汽车的控制，具体开展了如下工作： 根据爆胎过程中胎压及其特征参数的变化，基于 Dugoff轮胎，建立爆胎轮胎模型；以此建立8-DOF爆胎汽车动力学模型；基于主动悬架系统，分析爆胎后汽车垂直载荷的分布，推导出各车轮垂向力学的数学模型；以直行和转弯为例，分别仿真不同位置轮胎爆胎时汽车动力学响应和轮胎力学变化的情况；归纳总结了不同工况下，不同位置轮胎爆胎后汽车动力学行为的特点。 主动安全控制系统设计。建立2-DOF车辆参考模型，确定各个目标变量的约束边界；针对爆胎轮胎的特殊性，对爆胎轮胎脱圈阀值做了详细说明；设计了基于滑模控制算法的差动制动控制系统；制定了控制系统车轮制动逻辑。分别针对直行和转弯工况下，不同位置轮胎爆胎进行验证，结果表明：本文设计的主动控制系统能够在保证汽车稳定性的前提下，改善汽车的偏航，提高行车安全性能。 为进一步改善控制器纠偏能力，提高控制系统的宽裕度，提出一种差动制动加主动前轮转向集成的协调控制策略。建立了主动转向模型，设计了主动转向控制系统。采用模糊控制器，对两种执行器进行协调，以降低整车控制过程中外界环境的影响，提高爆胎汽车动力学稳定性裕度。对比仿真结果表明：提出的差动制动加主动转向协调控制策略控制效果优于单一差动制动控制，能够提高轨迹跟踪能力，且具备更高的稳定性裕度。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法与技术路线

第二章 爆胎汽车动力学建模与仿真

2.1 整车动力学建模

2.2 爆胎轮胎建模

2.3 轮胎垂直载荷分布

2.4 爆胎整车动力学模型建立

2.5 爆胎汽车动力学分析

2.6 本章小结

第三章 爆胎汽车差动制动控制研究

3.1 差动制动控制系统设计

3.2 差动制动控制器设计

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

第四章 爆胎汽车差动制动-主动转向协调控制研究

4.1 协调控制系统设计

4.2 仿真分析

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果