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《长安大学》 2014年
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多电机驱动增程式车辆动力匹配与非线性转向动力学研究

冯镇  
【摘要】:随着车辆行驶高速化的发展,车辆高速、大转角转向稳定性的问题越来越突出,且该问题在车辆动力学的研究中也越来越重要,而4轮转向技术可在很大程度上改善车辆高速、大转角转向的稳定特性。论文依托国家863计划现代交通技术领域重大项目增程/插电式重型商用车底盘开发(批准号:2012AA111106),以多电机驱动增程式环卫垃圾车辆为研究对象,研究多电机驱动增程式车辆的匹配方法;并从车辆非线性动力学模型、非线性动力学运动稳定性理论及非线性动力学结构稳定性理论3个不同的方面,对4电机驱动增程式车辆非线性转向动力学进行研究;通过建模仿真与非线性动力学理论研究,得到多电机驱动增程式车辆的匹配方法与4轮非线性转向的变化特性规律,为完善多电机驱动增程式车辆动力系统匹配研究及4轮转向技术在车辆上的应用提供了理论基础与研究依据。文章的主要工作如下: 在传统动力匹配方法的理论基础上,提出多电机驱动增程式车辆的匹配原则与方法。以多电机驱动增程式环卫垃圾车辆为研究对象,基于传统车辆动力系统匹配理论,获得所研究车辆的初步动力匹配结果;根据传统匹配结果,研究驱动方式对所研究车辆动力匹配设计的影响,发现所研究车辆在多电机驱动时,其电机数目至少大于4个,否则车辆连启动都可能无法实现,并确定增程式环卫垃圾车辆由4个电机驱动;分别对驱动电机与增程发动机的工作效率区进行分析,获得多电机驱动增程式车辆运行协调的高效区,以改善所研究车辆的经济性。 建立4电机驱动增程式车辆的高维纵侧向耦合非线性动力学模型,进行转向仿真研究,研究结果如下:由操稳性仿真揭示,模型跟随效果好,且可进行车辆操稳性控制策略的研究;通过车辆转向动力学仿真发现,车辆高速转向稳定性比低速转向稳定性差;无论车辆高速、低速行驶,随着前轮转角的增加,转向稳定性降低;进行4轮转向仿真发现,车辆低速转向时,车辆稳定性可以保证,应控制车辆后轮与前轮反向转向,有助于提高车辆低速转向灵活性;车辆高速转向的稳定性比低速转向时的稳定性差,当车辆高速转向时,应控制后轮与前轮同向转向,增加车辆高速转向的稳定性。 基于非线性动力学运动稳定性理论,构造4电机驱动增程式车辆李雅普诺夫函数,对车辆非线性运动稳定性进行定性研究,发现车辆转向在初态邻域内李雅普诺夫意义下渐进稳定;从数学平衡点角度对所研究车辆的非线性运动稳定性进行定量研究,研究表明在初始状态的邻域内,车辆非线性转向渐进稳定;从数学平衡点角度分析前轮转角对车辆非线性转向的影响,发现随着前轮转角增加,车辆转向系统平衡点越容易失去,车辆转向稳定性降低;研究4轮转向对车辆非线性转向的影响,发现车辆高速运行,后轮与前轮反向转向时,车辆转向系统平衡点容易失去,车辆转向稳定性降低;后轮与前轮同向转向时,随着后轮转角的增加,所研究车辆的转向系统越不易达到平衡点失去状态,转向稳定性增加;基于以上研究还发现,低速转向系统的平衡点不易失去,车辆低速转向稳定性高。 对4电机驱动增程式车辆进行非线性动力学结构稳定性研究,通过非线性动力学静态分岔与动态Hopf分岔理论,发现所研究车辆在4轮稳态转向时不发生Hopf分岔,但发生静态鞍结分岔;研究车速对车辆非线性稳态转向分岔的影响,发现随着车速增加,车辆越易达到分岔临界值,转向稳定性降低;研究前轮转角对车辆非线性稳态转向分岔影响,结果表明随着前轮转角的增加,车辆转向分岔的临界值减小,车辆转向的稳定性降低;研究后轮转角对车辆非线性稳态转向分岔影响,结果表明车辆高速行驶,当车辆后轮与前轮反向转向时,车辆转向分岔的临界值变小,车辆越容易发生不稳定转向,车辆转向的稳定性降低;当车辆后轮与前轮同向转向时,车辆转向分岔的临界值增加,车辆转向的稳定性增加;从非线性转向平衡域角度进行研究,发现当车辆前轮与后轮反向转向时,车辆转向的平衡域减小,车辆发生不稳定转向的可能性增加,车辆转向稳定性降低;当车辆前轮转角与后轮转角同向转向时,车辆转向的平衡域增加,车辆转向不易发生不稳定转向,车辆转向的稳定性提高;通过平衡域分析还发现,后轮转向对速度分岔值的影响与前轮转角大小有关,前轮转角越大,后轮转向对车辆非线性转向的影响越小。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U461;U463.4

【参考文献】
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