基于4WS汽车操稳系统分岔、混沌特性研究

发布时间：2017-10-22 19:30

  本文关键词：基于4WS汽车操稳系统分岔、混沌特性研究

  更多相关文章： 非线性动力学 四轮转向汽车 鞍-结分岔 Hopf分岔 稳定区域

【摘要】：四轮转向(Four-wheel Steering)技术作为汽车新技术,可以改善汽车高速行驶稳定性,提高汽车低速转向灵敏性。以四轮转向汽车横向动力学特性作为本文的研究内容,从非线性动力学的角度探索汽车转向失稳机理,从而为汽车操纵系统的稳定性控制提供更为可靠、精确的理论支持和依据。为了研究四轮转向汽车的横向失稳机理,本文从非线性动力学角度出发,首先建立了4WS汽车二自由度汽车模型,选用魔术公式来描述轮胎的力学特性,忽略转向系统的影响,前轮转角以正弦曲线形式作为输入激励,基于4WS汽车2-DOF系统微分方程,基于Matlab/Simulink仿真软件建立非线性系统数学仿真模型,运用四阶Runge-Kutta法对本文建立的仿真系统进行计算与仿真,得出质心侧偏角随前轮转角频率变化的全局分岔图,运用‘克隆’法计算Lyapunove指数,分析了系统由稳定的周期运动走向混沌的过程,从非线性角度揭示了系统失稳的机理。考虑车身侧倾和平面运动的耦合,建立了4WS汽车三自由度汽车模型,选用考虑轮荷转移的平方公式来描述轮胎的力学特性,运用中心流形理论对系统进行降维,判定系统是否发生鞍-结分岔,并研究对开路面这种极限工况下系统由鞍-结分岔走向失稳的过程,验证4WS较于传统的2WS可以改善系统极限工况下的稳定性。为了计算分析系统稳定区域和分岔特性,考虑车身侧倾运动和汽车平面运动之间的耦合关系,建立的4WS汽车动力学方程,分析不同人-车-路参数对系统稳定区域和分岔特性的影响。总之,本文以四轮转向汽车横向动力学特性为研究对象,运用非线性理论比较深入地研究和分析了汽车转向失稳的分岔、混沌特性,进一步揭示了四轮转向汽车转向失稳机理,为深入研究四轮转向汽车技术提供了理论依据。
【关键词】：非线性动力学 四轮转向汽车 鞍-结分岔 Hopf分岔 稳定区域
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461.6
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究的目的与意义14-15
• 1.2 4WS汽车横向动力学的发展15-19
• 1.2.1 4WS汽车技术研究现状15-18
• 1.2.2 4WS汽车横向动力学的研究现状18-19
• 1.3 汽车横向动力学评价方法19-22
• 1.4 本文主要研究内容22-24
• 第二章 非线性动力学理论及模型24-40
• 2.1 非线性动力学理论简述24-30
• 2.1.1 相平面、相轨迹以及奇点的概念24-26
• 2.1.2 自激振动与极限环26-28
• 2.1.3 Hopf分岔代数判据28-30
• 2.2 Lyapunov指数与中心流形理论30-34
• 2.2.1 混沌的Lyapunov指数识别30
• 2.2.2 “克隆”法30-32
• 2.2.3 中心流形理论32-34
• 2.3 非线性轮胎模型34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 非线性二自由度4WS汽车分岔、混沌特性40-52
• 3.1 引言40-41
• 3.2 4WS汽车转向系统动力学模型41-43
• 3.2.1 非线性轮胎模型41-43
• 3.2.2 4WS转向方式控制模型的选择43
• 3.3 4WS汽车运动微分方程43-44
• 3.4 2-DOF模型数值仿真计算分析44-51
• 3.5 总结51-52
• 第四章 非线性三自由度4WS汽车分岔、混沌特性52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 力学与数学模型52-57
• 4.2.1 车辆动力学模型52-53
• 4.2.2 非线性轮胎模型53-55
• 4.2.3 样车开环系统稳态转向性能计算55-57
• 4.3 3-DOF系统鞍-结分岔分析57-63
• 4.3.1 3-DOF系统中心流形降维57-61
• 4.3.2 4WS汽车鞍-结分岔分析61-63
• 4.4 结论63-65
• 第五章 考虑车身侧倾的4WS汽车横向稳定性及Hopf分岔特性65-81
• 5.1 引言65
• 5.2 力学模型与数学模型65-69
• 5.2.1 车辆动力学模型65-66
• 5.2.2 非线性轮胎模型66-67
• 5.2.3 驾驶员模型67-68
• 5.2.4 系统耦合模型68-69
• 5.3 样车开环系统稳态转向性能计算69-72
• 5.3.1 系统Hopf分岔存在性判定69-72
• 5.3.2 Hopf分岔稳定性判定72
• 5.4 样车稳定区域和Hopf分岔特性数值计算与分析72-79
• 5.4.1 样车稳定区域数值计算与分析73-75
• 5.4.2 Hopf分岔特性数值计算与仿真75-79
• 5.5 路面扰动下4WS汽车分岔及混沌运动79-80
• 5.6 结论80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 工作总结81
• 6.2 工作展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况87

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本文编号：1079782