基于轮胎智能化监测的车辆稳定性控制研究
发布时间：2020-08-03 09:00
【摘要】：交通的快速发展使得车辆数量与日俱增,人们享受汽车带来的便利的同时也因为车辆在行进过程中失去控制而发生的甩尾、摆振、翻折等交通事故造成生命的伤害和财产的损失,因此车辆的行驶稳定性控制是目前行业内比较关心的研究方向。本文从车辆与路面接触的媒介——轮胎入手,通过吉林大学汽车国家重点试验室的现有试验条件,针对车辆在行驶时施加在轮胎上载荷质量变化频繁的现象,研究了一整套基于轮胎智能化的车辆稳定性结构和控制算法,在总结了国内外相关研究成果基础上,建立了准确的轮胎有限元模型并对其做了验模和参数测试仿真试验,并以此模型为基础开发了可以进行实时测量的轮胎力学智能检测装置。以建立的多自由度运动学和动力学模型为参考,基于智能轮胎系统开发了优化的ESP以及MPC稳定性控制策略,并通过软件仿真、硬件在环试验和测试试验车试验数据比对来验证控制策略。本文的主要内容如下:根据载荷质量大且力学变化复杂的轮胎在行进中的基本状况,建立了轮胎的有限元模型;对模型进行了接地印迹验模和各刚度及转向的试验仿真,证实了轮胎模型能达到后续研究的需求的准确度;并分析轮胎有限元模型在各个稳态工况的运动状态和结构的变化趋势,总结轮胎内部形变与轮胎受力之间的关系规律,为后续轮胎的智能化改造做理论基础。在对模型的更精细的拟合基础上,开发了轮胎力学智能检测装置。在不改变轮胎内部运转结构的前提下,在轮毂上安装传感器和采集装置,设计开发了轮胎力学智能检测系统,使用MATLAB将通过摄像头对轮胎标记区形变采集的视频进行处理,提取标记点位移数据并通过形变与轮胎受力的关系计算得到实时的轮胎力。智能轮胎系统实现了对于轮胎力的实时监测,并完成了Ftire仿真与智能轮胎系统的拟合验证。系统可以直接采集数据应用到车辆稳定性研究中。该轮胎智能化改造的系统将对后续的稳定性研究起到很好的帮助作用。接下来建立带有轮胎的七自由度车辆模型,通过智能轮胎系统直接检测的轮胎力数据来优化计算得到的ESP附加横摆力矩,并且通过实时检测的纵向力进行反馈输入来调节ESP制动力分配过程。通过ESP软件仿真试验和实车硬件在环试验的结果来分析比对智能轮胎系统对ESP的优化效果。最后根据车辆稳定性的控制需求进行了MPC的研究,分别建立适用的常规模型预测控制的车辆运动学和带有智能轮胎系统的动力学模型,然后推导出模型运动参数和运动力学表达式,提出了一个模型预测控制策略,接着按照MPC的要求应用车辆转弯的路径跟随控制并定义了一个预定路径和实际路径的距离的成本函数,通过牛顿迭代法和黄金分割理论来寻找模型收敛最小成本值的控制算法,通过控制算法的模型仿真结果来对比带有智能轮胎的动力学模型和常规的运动学模型的路径跟随效果。接下来将该算法应用在一个试验车上进行实车测试试验来观测控制器对模型误差进行怎样的响应,经过调整预测点加权比例系数,并测试不同预测范围下控制策略的效果,最终得到基于MPC的车辆控制算法以及带有智能轮胎系统对控制算法的优化效果。通过以上工作,本文的创新性成果在于:(1)针对轮胎智能化的需要建立了完善的轮胎有限元模型,模型拟合结果能达到很高精度,并进行了各个稳态工况试验仿真,建立轮胎形变与轮胎力的关系,使得模型不仅可以应用于智能轮胎系统开发和研制也能完成整车各工况动力学仿真。(2)根据车辆稳定性研究的需求开发制造了轮胎力学智能检测系统,该智能轮胎结构在不影响运行情况的基础上能够完成对于轮胎力的实时测量,在车辆转向过程中轮胎的滑移、转偏时力的变化都能被实时采集,这些数据对于车辆稳定性研究有很大帮助。(3)根据智能轮胎系统建立整车七自由度参考模型。研究出带有轮胎力的ESP控制策略,根据运动方程推导出更接近实际车辆运动状态的附加横摆力矩算法并根据实时检测的纵向力使制动力矩分配的效率更高,最终开发出一套基于智能轮胎系统的优化ESP系统。(4)利用建立的运动学和动力学模型,使用牛顿迭代法和黄金分割算法寻找MPC成本函数的最优解,并根据智能轮胎系统可将侧偏角作为初始输入的特点进行了两种模型算法的仿真试验,使得带有智能轮胎系统的车辆MPC控制算法具有更好的收敛性。对于预测点使用加权的方式并分别讨论了不同预测长度下算法的优化,使得通过智能轮胎系统优化后在实车测试中控制效果更加明显。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：
汽车产业和工程技术的飞速发展极大地推动了城市交建设。2015 年末，全国城市道路里程和高速公路里程分12 万公里[1]。日常生活需求增加和交通运输业的快速发展高，汽车数量的与日俱增也导致安全隐患增加。(a)货车侧翻事故
提供高精度的有效理论依据。为了便于后续智能轮胎系统的开发,本章将建立与智能轮胎试验样胎相同型号的轮胎有限元模型。2.1 轮胎结构有限元建模建立轮胎模型首先需要设定纵沟模型。所需的轮辋根据 GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 规格。建模过程分为以下 3 步：（1）进行网格划分。截面结构分布如图 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注释，导出文件为.dxf，然后导入 HYPERMESH 软件中进行几何清除、网格划分、检测和修正等，得到二维半截面的网格模型，如图 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，将半截面网格模型对称镜像生成完整的截面模型，如图 2.3 所示。
提供高精度的有效理论依据。为了便于后续智能轮胎系统的开发,本章将建立与智能轮胎试验样胎相同型号的轮胎有限元模型。2.1 轮胎结构有限元建模建立轮胎模型首先需要设定纵沟模型。所需的轮辋根据 GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 规格。建模过程分为以下 3 步：（1）进行网格划分。截面结构分布如图 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注释，导出文件为.dxf，然后导入 HYPERMESH 软件中进行几何清除、网格划分、检测和修正等，得到二维半截面的网格模型，如图 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，将半截面网格模型对称镜像生成完整的截面模型，如图 2.3 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：
汽车产业和工程技术的飞速发展极大地推动了城市交建设。2015 年末，全国城市道路里程和高速公路里程分12 万公里[1]。日常生活需求增加和交通运输业的快速发展高，汽车数量的与日俱增也导致安全隐患增加。(a)货车侧翻事故
提供高精度的有效理论依据。为了便于后续智能轮胎系统的开发,本章将建立与智能轮胎试验样胎相同型号的轮胎有限元模型。2.1 轮胎结构有限元建模建立轮胎模型首先需要设定纵沟模型。所需的轮辋根据 GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 规格。建模过程分为以下 3 步：（1）进行网格划分。截面结构分布如图 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注释，导出文件为.dxf，然后导入 HYPERMESH 软件中进行几何清除、网格划分、检测和修正等，得到二维半截面的网格模型，如图 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，将半截面网格模型对称镜像生成完整的截面模型，如图 2.3 所示。
提供高精度的有效理论依据。为了便于后续智能轮胎系统的开发,本章将建立与智能轮胎试验样胎相同型号的轮胎有限元模型。2.1 轮胎结构有限元建模建立轮胎模型首先需要设定纵沟模型。所需的轮辋根据 GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 规格。建模过程分为以下 3 步：（1）进行网格划分。截面结构分布如图 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注释，导出文件为.dxf，然后导入 HYPERMESH 软件中进行几何清除、网格划分、检测和修正等，得到二维半截面的网格模型，如图 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，将半截面网格模型对称镜像生成完整的截面模型，如图 2.3 所示。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 贺宜;褚端峰;吴超仲;严新平;;基于MPC的大型车辆防侧翻控制方法[J];交通运输系统工程与信息;2015年03期
2 刘启佳;陈思忠;;基于LQR的四轮转向汽车控制方法[J];北京理工大学学报;2014年11期
3 王前;杨志坚;丁康;;基于新自适应差分进化算法的Magic Formula轮胎模型参数辨识方法[J];机械工程学报;2014年06期
4 于蕾艳;
本文编号：2779403
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/2779403.html
