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汽车主动底盘非线性动力学研究

张文丰  
【摘要】: 本文较系统地研究了汽车主动底盘的建模和非线性非线性动力学的特性。其目的是对汽车主动底盘建立比较完备而又不过分复杂的动力学模型,对含有时滞的受控系统提出较好的辨识方法,对各种典型的非线性因素和时滞因素对汽车底盘的动力学影响进行研究。研究内容包括:汽车底盘动力学建模和时滞动力系统的动力学建模,垂向系统的控制策略不连续对垂向动力学特性的影响,垂向系统的控制策略含时滞对垂向动力学特性的影响,四轮转向系统控制策略含时滞对横向动力学稳定性的影响。 首先,本文在汽车基本动力学模型的基础上,分析了汽车主动底盘铅垂动力学、横向动力学和纵向动力学,推导出了耦合的十自由度汽车主动底盘的非线性动力学模型。该模型较全面地考虑了汽车纵向、横向、铅垂、侧倾、俯仰、横摆、四轮转动、轮胎的非线性力及空气阻力对汽车动力学性能的影响。 其次,以单自由度时滞反馈系统为例,将模型的方程残差作为目标函数,待辨识系统参数和时滞作为优化变量,运用基因遗传算法来寻求使方程残差最小的系统参数和时滞。当需辨识参数过多时,先用开环实验辨识部分系统参数,再用闭环实验辨识时滞和剩余的系统参数。数值计算表明,与现有方法相比,该法具有良好的收敛性、较高的辨识效率和精度,并能有效地辨识非线性系统的反馈时滞及系统参数。本文指出了时滞受控系统的参数可辨识性依赖于系统模型的选取、辨识方法的能力和实验数据的质量,定性地讨论了模型的选取对系统的可辨识有着重要影响;定量地分析了选定辨识方法,若待辨识参数对噪声十分敏感,则该辨识方法对该系统不具有可辨识性;最后指出了实验数据质量的重要性。 再次,本文运用了Floquent理论和Flippnov理论讨论了开关半主动控制(ON/OFF)策略下的1/4汽车悬架模型的动特性影响。给出了随着激励频率的变化,系统Floquent乘子的变化。并分析了系统随着控制增益的变化,可能出现分叉现象。最后研究了含有时滞的开关控制策略对系统动力学行为的影响。 最后,本文研究了时滞对具有“LQ”悬架系统动力学特性的影响。基于王在华等提出的在广义Sturm判别法基础上判别全时滞稳定性的方法,研究了含有时滞的“LQ”悬架的稳定性,具体为:由Routh-Hurwitz判据可得零时滞系统稳定的充要条件,计算由多项式及其导数定义的Bezout矩阵(即判别矩阵)的顺序主子式,导出系统的判别式序列,并依据广义Sturm判别法中的符号法则,方便地列出了由不等式组描述的系统全时滞稳定的充分必要条件,且所得条件是易于检验的代数判据。 汽车主动底盘非线性动力学研究 当悬架系统含有速度增益等两至三个待定设计参数时,该法可方便地在参数空间中 给出稳定区和不稳定区的图形表述形式。本文用Pad6逼近讨论了单自由度主动悬 架在给定有限时滞情况下参数稳定的范围,以及用数值方法讨论了两自由度主动悬 架在给定参数时系统临界时滞的值,并用图例的方法方便地给出了两自由度悬架系 统稳定性切换的特性。类似地,本文还讨论了时滞对四轮转向系统动特性的影响。


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