基于特定赛道的FSAE赛车操纵稳定性优化仿真与试验研究
发布时间：2021-05-15 20:52
在中国大学生方程式汽车大赛中,如何利用非常有限的时间研发、制造、试验和调校出一辆具有足够竞争力的赛车是各参赛院校一直以来关注的重点。赛事针对各动态项目设计有不同的赛道布置方案,这就要求FSAE赛车在各方面性能上均具备优异的表现,尤其是极限行驶工况下的操纵稳定性。为了快速高效地研制出一种能以最短时间完成指定赛道的最优车辆配置,本文以长沙理工大学2016年FSAE赛车为研究对象,开发出一套用于计算赛车整圈最少用时以及评价赛车极限操纵性能的仿真工具。首先,根据赛车专用轮胎的试验数据,采用无条件约束优化算法中的L-M方法对魔术公式Pacejka2002轮胎模型力学特性进行曲线拟合和参数识别。推导赛车专用机械多摩擦片式限滑差速器的数学模型,在Matlab/Simulink环境下建立计入限滑转矩的模块化七自由度整车模型,并将多种试验工况下的仿真结果与试验数据进行对比验证。其次,根据特定赛道上的实车采集数据,重新构建赛车行驶路线,并提出一种“拉伸”算法对数据和计算模型中存在的误差进行修正。通过路线预描转向控制和纵向速度控制方案,建立与整车模型联合的完整驾驶员模型,从而计算出跟踪指定行驶路线需要的纵向...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.1.1 论文研究背景
1.1.2 论文研究意义
1.2 国内外相关技术概述及研究现状
1.2.1 赛车整圈用时仿真概述及研究现状
1.2.2 轮胎动力学模型概述及研究现状
1.2.3 车辆动力学模型概述及研究现状
1.3 本论文主要研究内容和方法
第二章 轮胎动力学模型拟合参数识别
2.1 “魔术公式”Pacejka2002轮胎模型概述
2.1.1 “魔术公式”轮胎模型一般形式
2.1.2 应用在Adams中的“魔术公式”Pacejka2002轮胎模型
2.1.3 Pacejka2002轮胎模型的坐标系及滑移量定义
2.1.4 纯工况下的Pacejka2002轮胎模型
2.1.5 联合工况下的Pacejka2002轮胎模型
2.2 基于Matlab优化工具箱的Pacejka2002轮胎模型参数识别优化
2.2.1 结合L-M算法的参数识别优化原理
2.2.2 Pacejka2002轮胎模型参数识别概述
2.2.3 纯工况下识别结果分析
2.2.4 联合工况下识别结果分析
2.3 Matlab/Simulink环境下Pacejka2002轮胎模型的建立
2.4 本章小结
第三章 车辆模型建立与仿真试验验证
3.1 七自由度车辆模型
3.1.1 车辆动力学方程
3.1.2 各车轮动力学方程
3.1.3 各轮胎在轮胎坐标系下的侧偏角公式
3.1.4 各车轮轮心在车轮坐标系下的纵向速度公式
3.1.5 各轮胎纵向滑移率计算公式
3.1.6 各车轮载荷转移方程
3.1.7 动力传动系统模型
3.1.8 制动系统模型
3.2 Matlab/Simulink环境下车辆模型的建立
3.3 多种工况及特定赛道实车试验
3.3.1 试验准备工作
3.3.2 试验方案流程
3.4 仿真与试验对比验证
3.4.1 直线加速/制动工况仿真试验验证
3.4.2 转向盘角阶跃输入工况仿真试验验证
3.4.3 双移线工况仿真试验验证
3.5 本章小结
第四章 行驶路线跟踪仿真
4.1 行驶路线重建
4.1.1 基本方法概述
4.1.2 特定赛道实车试验采集数据处理
4.1.3 误差修正算法
4.2 驾驶员模型
4.2.1 行驶路线跟踪仿真概述
4.2.2 比例因子S_(CF)公式推导
4.2.3 非线性路线预描转向控制模型
4.2.4 速度控制模型
4.3 赛道行驶路线跟踪仿真结果
4.4 本章小结
第五章 整圈用时瞬态仿真
5.1 整圈最少用时的最优操纵控制策略问题
5.1.1 车辆模型运动方程
5.1.2 赛道边界约束
5.1.3 控制范围约束
5.1.4 性能指标
5.1.5 整圈最少用时问题描述
5.2 整圈用时瞬态仿真运算流程及优化算法
5.2.1 整圈用时瞬态仿真运算流程
5.2.2 最优操纵控制策略的数值优化算法
5.3 特定赛道的整圈用时仿真优化及参数灵敏度研究
5.3.1 整圈用时仿真优化
5.3.2 赛车参数对整圈最少用时的影响
5.4 本章小结
全文总结
参考文献
致谢
附录A FNX-16赛车整车模型参数表
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮胎稳态模型的分析综述[J]. 张向文,王飞跃,高彦臣. 汽车技术. 2012(02)
[2]统一轮胎模型在车辆动力学仿真中的应用[J]. 郭孔辉,金凌鸽,卢荡. 吉林大学学报(工学版). 2009(S2)
[3]汽车轮胎模型研究现状及其发展分析[J]. 王和毅,谷正气. 橡胶工业. 2005(01)
[4]汽车轮胎侧偏力学发展综述[J]. 赵桂范,崔胜民,杜星文. 轮胎工业. 2000(03)
[5]轮胎侧偏特性研究的特点及其发展[J]. 刘青,郭孔辉. 汽车技术. 1997(10)
[6]汽车振动与载荷的统计分析及悬挂系统参数的选择[J]. 郭孔辉. 汽车技术. 1976(04)
硕士论文
[1]基于限滑差速器的汽车性能仿真与试验研究[D]. 韩伟.吉林大学 2013
[2]不同轮胎模型对重型载货汽车整车性能仿真的影响分析[D]. 马晓.吉林大学 2013
[3]基于Excel Solver的常用稳态轮胎模型参数辨识[D]. 杨峰.吉林大学 2011
[4]基于分层式结构汽车底盘系统集成控制研究[D]. 马国宸.浙江大学 2011
[5]FSAE赛车整车性能分析与研究[D]. 柴天.湖南大学 2009
[6]基于Excel Solver的轮胎模型参数辨识方法的研究[D]. 舒靖.吉林大学 2009
[7]基于MATLAB的汽车ESP系统控制模型及方法研究[D]. 马春卉.南京理工大学 2008
[8]ESP—汽车电子稳定系统仿真研究[D]. 张长冲.山东大学 2007
[9]电控限滑差速器限滑转矩与整车性能匹配的仿真研究[D]. 谢文云.吉林大学 2007
本文编号：3188317
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.1.1 论文研究背景
1.1.2 论文研究意义
1.2 国内外相关技术概述及研究现状
1.2.1 赛车整圈用时仿真概述及研究现状
1.2.2 轮胎动力学模型概述及研究现状
1.2.3 车辆动力学模型概述及研究现状
1.3 本论文主要研究内容和方法
第二章 轮胎动力学模型拟合参数识别
2.1 “魔术公式”Pacejka2002轮胎模型概述
2.1.1 “魔术公式”轮胎模型一般形式
2.1.2 应用在Adams中的“魔术公式”Pacejka2002轮胎模型
2.1.3 Pacejka2002轮胎模型的坐标系及滑移量定义
2.1.4 纯工况下的Pacejka2002轮胎模型
2.1.5 联合工况下的Pacejka2002轮胎模型
2.2 基于Matlab优化工具箱的Pacejka2002轮胎模型参数识别优化
2.2.1 结合L-M算法的参数识别优化原理
2.2.2 Pacejka2002轮胎模型参数识别概述
2.2.3 纯工况下识别结果分析
2.2.4 联合工况下识别结果分析
2.3 Matlab/Simulink环境下Pacejka2002轮胎模型的建立
2.4 本章小结
第三章 车辆模型建立与仿真试验验证
3.1 七自由度车辆模型
3.1.1 车辆动力学方程
3.1.2 各车轮动力学方程
3.1.3 各轮胎在轮胎坐标系下的侧偏角公式
3.1.4 各车轮轮心在车轮坐标系下的纵向速度公式
3.1.5 各轮胎纵向滑移率计算公式
3.1.6 各车轮载荷转移方程
3.1.7 动力传动系统模型
3.1.8 制动系统模型
3.2 Matlab/Simulink环境下车辆模型的建立
3.3 多种工况及特定赛道实车试验
3.3.1 试验准备工作
3.3.2 试验方案流程
3.4 仿真与试验对比验证
3.4.1 直线加速/制动工况仿真试验验证
3.4.2 转向盘角阶跃输入工况仿真试验验证
3.4.3 双移线工况仿真试验验证
3.5 本章小结
第四章 行驶路线跟踪仿真
4.1 行驶路线重建
4.1.1 基本方法概述
4.1.2 特定赛道实车试验采集数据处理
4.1.3 误差修正算法
4.2 驾驶员模型
4.2.1 行驶路线跟踪仿真概述
4.2.2 比例因子S_(CF)公式推导
4.2.3 非线性路线预描转向控制模型
4.2.4 速度控制模型
4.3 赛道行驶路线跟踪仿真结果
4.4 本章小结
第五章 整圈用时瞬态仿真
5.1 整圈最少用时的最优操纵控制策略问题
5.1.1 车辆模型运动方程
5.1.2 赛道边界约束
5.1.3 控制范围约束
5.1.4 性能指标
5.1.5 整圈最少用时问题描述
5.2 整圈用时瞬态仿真运算流程及优化算法
5.2.1 整圈用时瞬态仿真运算流程
5.2.2 最优操纵控制策略的数值优化算法
5.3 特定赛道的整圈用时仿真优化及参数灵敏度研究
5.3.1 整圈用时仿真优化
5.3.2 赛车参数对整圈最少用时的影响
5.4 本章小结
全文总结
参考文献
致谢
附录A FNX-16赛车整车模型参数表
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮胎稳态模型的分析综述[J]. 张向文,王飞跃,高彦臣. 汽车技术. 2012(02)
[2]统一轮胎模型在车辆动力学仿真中的应用[J]. 郭孔辉,金凌鸽,卢荡. 吉林大学学报(工学版). 2009(S2)
[3]汽车轮胎模型研究现状及其发展分析[J]. 王和毅,谷正气. 橡胶工业. 2005(01)
[4]汽车轮胎侧偏力学发展综述[J]. 赵桂范,崔胜民,杜星文. 轮胎工业. 2000(03)
[5]轮胎侧偏特性研究的特点及其发展[J]. 刘青,郭孔辉. 汽车技术. 1997(10)
[6]汽车振动与载荷的统计分析及悬挂系统参数的选择[J]. 郭孔辉. 汽车技术. 1976(04)
硕士论文
[1]基于限滑差速器的汽车性能仿真与试验研究[D]. 韩伟.吉林大学 2013
[2]不同轮胎模型对重型载货汽车整车性能仿真的影响分析[D]. 马晓.吉林大学 2013
[3]基于Excel Solver的常用稳态轮胎模型参数辨识[D]. 杨峰.吉林大学 2011
[4]基于分层式结构汽车底盘系统集成控制研究[D]. 马国宸.浙江大学 2011
[5]FSAE赛车整车性能分析与研究[D]. 柴天.湖南大学 2009
[6]基于Excel Solver的轮胎模型参数辨识方法的研究[D]. 舒靖.吉林大学 2009
[7]基于MATLAB的汽车ESP系统控制模型及方法研究[D]. 马春卉.南京理工大学 2008
[8]ESP—汽车电子稳定系统仿真研究[D]. 张长冲.山东大学 2007
[9]电控限滑差速器限滑转矩与整车性能匹配的仿真研究[D]. 谢文云.吉林大学 2007
本文编号：3188317
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