平顺性和操纵稳定性的开环和闭环协同建模与仿真

发布时间：2020-04-19 21:03

【摘要】：随着世界各地经济和贸易的高速发展,公路运输在国家和地区的发展中起到越来越重要的作用。汽车作为公路运输的主要工具,在人员和货物的流动中起着主要承载作用。汽车的使用范围极其广泛,工况复杂。这对汽车的性能提出了越来越高和越来越综合的要求。汽车的平顺性和操纵稳定性对人员和货物的舒适性、完好性、行驶稳定性和安全性有较大影响,两者是一对相互关联,相互制约的性能。因此,有必要对这两个性能进行进一步的剖析。目前,绝大部分平顺性和操纵稳定性研究工作都是独立开展。平顺性研究的一个假设是不考虑车轮转角,即不考虑汽车的操纵行为;操纵稳定性研究的一个假设是汽车行驶在平坦路面上,即不考虑路面激励的影响。传统的平顺性和操纵稳定性研究没有深入分析这两个性能之间的协同关系。本文基于平顺性和操纵稳定性的平面模型和空间模型,建立平顺性和操纵稳定性开环和闭环协同模型,进行平顺性和操纵稳定性开环和闭环协同仿真分析。以此认识平顺性和操纵稳定性之间的关系,也为平顺性和操纵稳定性的协同优化和控制等提供一定基础,有利于提高汽车的综合性能。本文的主要研究内容包括:(1)建立用于协同研究的平顺性和操纵稳定性模型。基于平面假设和空间假设建立平顺性平面和空间模型;基于牛顿第二定律建立轮胎侧向力输入下的操纵稳定性平面模型和空间模型。其中,空间平顺性模型和操纵稳定性模型考虑了横向稳定杆的作用。确定了平顺性和操纵稳定性平面模型和空间模型的主要响应量,为协同研究奠定模型基础。(2)建立平顺性和操纵稳定性开环协同模型和进行仿真分析。基于滤波白噪声法建立前后轮路面激励模型和四轮路面激励模型,将平顺性平面模型和空间模型与路面激励模型进行集成。将其再与操纵稳定性平面模型和空间模型相集成,建立开环协同平面模型和开环协同空间模型。基于开环协同平面和空间模型、转向盘转角输入和非线性Uni Tire轮胎模型开发相应的MATLAB程序,进行转向盘角阶跃输入、转向盘角脉冲输入、转向盘角正弦输入下平面和空间开环协同仿真,将协同仿真结果与平顺性和操纵稳定性模型进行对比分析。研究结果表明:开环协同平面模型的操纵稳定性响应量会由于路面激励的影响在稳态值附近波动,但是不能体现操纵行为对平顺性响应量的影响;空间协同模型可以较为全面地反映平顺性和操纵稳定性之间的协同关系。(3)建立平顺性和操纵稳定性闭环协同模型和进行仿真分析。基于预瞄-跟随理论建立单点预瞄最优曲率驾驶员模型,推导得到该驾驶员模型的传递函数、频域表示、时域表示和矩阵表示。将操纵稳定性模型与驾驶员模型矩阵集成,将驾驶员模型引入到平面协同开环模型和空间协同开环模型,建立闭环协同平面模型和闭环协同空间模型,开发相应的MATLAB程序。进行单移线、双移线、蛇形三种路径输入下平面和空间闭环协同模型的仿真,将闭环协同仿真结果与平顺性和操纵稳定性模型仿真结果进行对比分析。研究结果表明:闭环协同模型既可以实现闭环操纵稳定性各工况的路径跟踪,也可以进行各闭环工况下平顺性和操纵稳定性的协同仿真对比分析;闭环协同平面模型不能体现操纵行为对平顺性响应量的影响,空间闭环协同模型可以体现平顺性和操纵稳定性之间的协同关系,为深入认识平顺性和操纵稳定性之间的协同关系起到推动作用。在汽车市场竞争日益激烈的情况下,各大汽车厂商迫切需要全面提高汽车的综合性能以提高市场竞争力。平顺性和操纵稳定性这两个相互耦合和相互矛盾的性能如果能够得到有效的研究和分析,将具有理论研究价值和实际应用意义。本文基于平顺性和操纵稳定性平面模型、空间模型、轮胎模型、驾驶员模型建立相应的协同模型,进行开环和闭环协同仿真,分析平顺性和操纵稳定性之间的协同影响关系,对推动这两种性能深入认识具有一定意义。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U461.6

【参考文献】