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车辆三自由度平面运动稳定性的非线性分析及控制策略评价

刘丽  
【摘要】: 车辆操纵稳定性分析与控制是涉及人身安全和公路利用率的重大科研课题,研究车辆在高速、冰雪雨霜等恶劣气候条件、紧急转向等工况下的转向失稳机理和评价车辆操纵稳定性控制策略的有效性非常重要。 因此,本论文在查阅大量国内外相关文献资料的基础上,通过对比分析现阶段关于车辆操纵稳定性分析及控制的研究,提出建立包括纵向速度在内的汽车操纵稳定性三自由度(纵向、侧向和横摆运动)非线性模型,用非线性分析方法对车辆系统的稳定性及相关的控制策略进行更加全面地研究。论文的主要内容是: 1.建立了汽车操纵稳定性三自由度(纵向、侧向和横摆运动)系统模型,分析了车辆的纵向加速度对车辆系统稳定条件的影响。 2.研究了三自由度车辆动力学系统的相空间特性,分析了不同前轮转角输入时,系统相轨线、状态变量以及车辆运动轨迹和前后轮胎侧向力的分布等动力学特性的变化;提出用遗传算法求解三自由度车辆动力学系统的平衡点,解决了传统解析算法和数值方法无法求解的问题;根据混沌动力学及分岔理论,分别用相轨线、庞加莱截面和功率谱密度揭示了车辆转向过程中出现的混沌运动。 3.提出了利用相空间搜索法和胞映射法的改进算法求解车辆三自由度平面运动的吸引域,得到了整个相空间范围内的吸引域;利用求解得到的车辆三自由度系统的不稳定平衡点,确定了车辆平面运动的r步吸引域。通过实例分析,即利用已有的赛车试验数据,对所得的理论分析结果进行了定性的验证。 4.基于吸引域的分析,分别研究直接橫摆力矩控制和四轮转向控制对车辆动力学系统吸引域的影响,分析这两种控制方式各自有效的作用区域,评价二者对车辆操作稳定性的控制效果。


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