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《吉林大学》 2011年
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基于主动转向和横摆力矩控制的多轴车辆制动稳定性研究

杨铭  
【摘要】:多轴重型车辆由于使用环境和使用要求特殊,故其对制动性能有较高的要求。另外,多轴车辆比普通的车辆结构复杂、尺寸庞大,因此,制动性能的优劣必须进行实车道路试验,只是依据理论研究是不够的,只有这样能对多轴重型车辆的制动性能做出科学、合理、客观的评价。本文通过分析多轴车辆制动性能计算时存在的问题,引入了悬架变形协调方程,用来建立多轴车辆的直线制动动力学模型,推导了多轴车辆直线制动时地面法向反作用力的通用计算公式,并提出了一种计算抱死顺序的方法。基于该算法,推导了地面制动力、制动减速度和制动距离的通用计算公式。对多轴车辆进行直线制动试验,并将试验结果与多轴车辆直线制动模型仿真计算所得到的结果进行比较分析,以验证所建立的模型对整车直线制动性能进行研究的可行性。 车辆是一个多自由度的复杂运动系统,车辆动力学模型是进行控制和仿真的基础。多轴车辆的制动稳定性是一个非常重要的性能,由于制动性能的好坏直接关系到交通安全与否,故汽车的制动性能是汽车安全行驶的重要保障。多年来,人们大量的研究了防抱死制动系统(ABS),但是车辆制动时的稳定性问题仍然不能从根本上解决,况且多数的研究成果是针对两轴车辆而言的。车辆系统的建模方法大致分为三种:人工建模、专用软件建模和计算机建模。随着车辆动力学的不断发展,三种建模方法之间的界限日渐模糊,尽显相互融合之势。但是,大部分的方法也都是针对二轴车辆而分析与设计的,对于多轴车辆建模的研究与分析还不尽完善。本文建立了多轴车辆转弯制动工况仿真分析的4+2n自由度整车数学模型和BP神经网络轮胎模型,以数学模型为基础建立了适用于多轴车辆动力学分析的仿真模型,以某三轴重型车辆为研究对象对ABS开启和关闭两种情况下的转弯制动性能进行了仿真分析。 随着市场的需求及高等级路面的增加,大吨位的载货汽车及其他特种车辆发展迅速,其车轴的数目也相应的有所增加,这就对车辆设计提出了更高的标准。为了保证车辆在行驶的过程中轮胎与路面处于纯滚动状态、轮胎磨损少,要求每个车轮的运动轨迹都必须完全符合它的自然运动规律。前轮转向车辆的转向特性遵循阿克曼原理,也就是两前轮的旋转轴延长线交点落在后面车轮的旋转轴线上,但是由于一般车辆只有前轮做转向,所以造成车辆的质心侧偏角较大,驾驶员视角也受到了相应的影响。要想使多轴车辆低速时有较好的机动灵活性,要求转向半径越小越好;使多轴车辆高速时有较好的操纵稳定性,要求车身姿态变化要尽量小。本文对多轴车辆的转向系统进行分析,建立了三轴车辆的全轮转向二自由度模型,对零质心侧偏角控制策略进行了分析;建立了多轴车辆的6+2n自由度动力学模型和Dugoff轮胎模型,并对不同转向模式下的制动性能进行仿真分析,采用了一种新型转角控制策略对移线制动工况的影响。 车辆的稳定性控制属于比纯制动或纯转向工况要复杂很多的联合控制工况,主要由控制车轮的纵向力所产生的横摆力矩来实现其控制的效果。轮胎的纵向和横向动力学特性决定了车辆的纵向和横向动力学特性关系。在设有ABS和TCS的车辆上,车辆的稳定性控制系统的提出是为了防止车辆在高速行驶过程中失控状态的出现或者加剧。车辆制动时的方向稳定性是指车辆能够按照给定的半径弯道制动或者是在制动过程中可以维持直线的能力,也就是驾驶员能够按照给定的轨迹制动的能力。多轴重型车辆在制动的过程中,常常由于失去控制而偏离了原来的行驶方向,主要是由于出现了侧滑、失去转向能力或者跑偏现象。车辆制动稳定性控制系统主要用来限定车轮的侧偏角在一定的范围之内,控制车辆的横摆力矩,防止车辆在制动或者高速转弯行驶过程中失控,并在紧急的情况之下对车辆的行驶状态进行主动干预来使其恢复原始轨迹。本文对此提出了一种基于主动转向和横摆力矩联合控制的多轴车辆制动稳定性控制方法。采用前馈一反馈复合控制,以质心侧偏角和横摆角速度为控制目标,利用前馈补偿产生附加的车轮转角和模糊横摆力矩控制器,通过对转向角的修正以及制动力的分配,使得车辆的侧偏角和横摆角速度能够很好地跟踪参考模型。研究了转向轮阶跃输入工况时车辆制动系统的响应特性。将所得的结果与分别采用ABS和直接横摆力矩控制的结果对比后,证实本文所提出的方法能有效地减轻驾驶员的操纵负担,在提高车辆的制动稳定性和操纵稳定性方面具良好的效果。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U461.3

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