三维轮胎与路面相互作用研究

基于轮胎和路面的接触研究现状,大多研究者都将轮胎与路面接触形式简化为点接触或者线接触形式。在重构三维路面谱的基础上,构建了三维轮胎和路面接触模型,为确定轮胎的接地面积,利用自主研发的压力作动器系统,在多次试验的基础上,得到标准载荷,标准胎压下的轮胎接地面积。然后,把轮胎与路面的面接触模型看作有限多个点接触的模型,每个点的刚度相同,分别采用重构三维路面谱的多点接触和任一剖面二维曲线对路面随机激励下的车路耦合系统进行了计算。最后,将点接触模型和三维面接触模型在随机路面和减速带路面工况下的垂向动力学响应进行仿真对比分析,发现所建立模型的车体响应要比点接触模型的响应小。     

基于非线性二自由度模型的线控转向系统变角传动比设计

在分析不同附着系数路面轮胎侧向力和侧偏角关系基础上,对同一附着系数路面下轮胎侧偏角进行分区、侧偏曲线线性化,建立非线性二自由度车辆模型。基于横摆角速度增益一定设计理想角传动比。对基于非线性二自由度模型和线性二自由度模型设计角传动比的车辆进行双移线仿真分析。仿真结果表明:在低附着系数路面,基于非线性二自由度模型设计的车辆方向盘转角和质心侧偏角减小,减少了驾驶员通过方向盘对车辆的修正次数,减轻了驾驶负担;横摆角速度和侧向加速度也相应减小,提高了车辆在低附着系数路面驾驶的稳定性。在高附着系数路面,基于两种不同模型设计角传动比的车辆,方向盘转角、车辆状态参数变化不大。     

基于三轴重型全驱电动汽车路面附着系数估计

提高重型车辆主动安全技术可以减少重型车辆交通事故,而车辆主动安全技术需要准确的路面附着系数作为数据输入来实现精确的控制,故对路面附着系数估计的研究具有重要意义。为实现三轴重型全驱电动汽车对路面附着系数的准确估计,搭建了9自由度车辆模型,选用Dugoff轮胎模型,并通过Matlab/Simulink建立了仿真模型。采用无迹卡尔曼滤波算法(unscented Kalman filter, UKF)分别对6个轮胎与路面间的路面附着系数进行估计,最终通过Simulink仿真,实现了高附、低附路面下的匀速直行和角阶跃工况以及对开路面的直行工况等多种工况下的路面附着系数估计,估计结果与实际路面附着系数基本一致,验证了算法的可行性。     

车载油罐截面形状对汽车横向稳定性影响的研究

运加油车急转时罐内液体晃动易引起车辆侧倾甚至侧翻,为此,选用了3种常用车载油罐截面形状,采用VOF法和动坐标系对3种截面形状油罐建立了全尺寸三维仿真模型,利用流体计算软件fluent对车辆转弯时油罐车罐内液体晃动情况进行仿真模拟分析,讨论在不同充液比下车载油罐截面形状对晃动的影响。结果表明:在相同工况下,低充液比时窄而高的油罐侧向稳定性越好;高充液比时宽而矮的油罐侧向稳定性好。     

基于滑模控制的三轴重型汽车平顺性优化研究

建立了基于半主动悬架的9自由度三轴重型汽车垂向动力学模型,为提升其平顺性,针对该重型汽车模型设计了滑模控制系统,对悬架阻尼力进行控制。该控制器以天棚阻尼系统为参考,使重型汽车振动响应跟随参考系统。基于Matlab/Simulink软件对滑模控制系统进行验证,在B级路面不同车速工况下进行响应分析。结果表明,所建立的控制器在不同车速下,均能有效改善车辆垂向加速度、俯仰角速度和侧倾角加速度。     

基于悬架变形的改装车稳定性计算方法

以导弹试验车的稳定性设计为例,考虑悬架变形和质心偏移的影响,利用车辆在平路转弯和横坡直线行驶两种工况下的侧翻临界状态力学模型,建立了车辆稳定性精确计算方法,对车辆稳定性进行分析计算并对发射车纵向稳定性进行了校验.     

基于LTR动态预测的重载车辆防侧翻滑膜控制研究

为改善重载汽车的主动防侧翻能力,提出基于LTR动态预测的重载汽车防侧翻差动制动控制方法。针对重载汽车的实际干扰,将其简化为三自由度重载车非绊倒型侧翻动力学模型,以最大横向载荷转移率为控制目标,融合差动制动控制原理设计了可动态预测重载汽车侧翻且主动防侧翻的ABS差动制动控制方法;应用滑膜控制实时调控差动制动系统制动力,保证车辆的转向性能及制动性能。利用TruckSim及Matlab/Simulink进行联合仿真,并在车辆有较大负载的情况下选取了角阶跃实验及Fish-Hook实验2种典型工况对算法进行仿真测试分析。结果表明,该控制模型能够有效提高车辆的防侧翻能力,改善车辆的操纵稳定性。     

基于人机共驾的车道保持驾驶辅助系统

针对驾驶员因疲劳、分心以及横向风等因素,无意识地使车辆偏离车道线的问题,提出了一种通过固定的共驾系数实现辅助驾驶系统与驾驶员之间人机共驾的车道保持驾驶辅助系统研究方法。为了模拟驾驶员分心、疲劳状态,建立了驾驶员模型。在驾驶员模型的基础上,采用分层控制方法设计车道保持驾驶辅助系统。上层控制器利用模型预测控制方法设计转向角矫正策略;下层控制器根据上层控制器计算的期望横摆力矩对车辆进行防侧翻稳定性控制。搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,设计不同行驶工况,并分别采用人工驾驶和辅助驾驶2种方式进行仿真试验,仿真结果表明:无论在高速、低速或者低附着系数路面,当人工驾驶的车辆偏离车道中心线时,驾驶辅助系统均能及时矫正车辆的行驶方向,保证车辆稳定地跟踪车道线。     

基于LS DYNA的移动式压力容器侧翻碰撞分析

运用有限元和瞬态动力学的有关理论和方法对移动式压力容器动态侧翻的安全性进行了研究。首先采用三维建模软件建立了移动式压力容器运输车的实体模型,然后分别利用有限元分析软件ANSYS和瞬态动力学仿真软件LS DYNA对模型进行前处理分析和求解计算,得到满载车速为36 km/h时因过度转弯造成侧翻后,压力容器罐体、组合支座、车架及牵引销的动态应力响应情况。计算结果表明：运输车整体吸收冲击的能力较强,车架、支座起到了一定的缓冲作用,但压力容器焊缝的强度需要提高。     

汽车稳定性控制系统模型及横摆控制仿真

在Matlab/Simulink中建立了包括横摆运动、侧倾运动的八自由度整车动力学模型和车辆参考模型。采用车辆横摆角速度的状态差异法,基于模糊控制理论制定了直接横摆控制策略,实现了ESC系统对车辆的稳定性控制。对典型工况鱼钩试验进行仿真分析。结果表明:所制定的控制策略可以有效地实现横摆稳定性控制,而且减小了侧向加速度,使汽车具有一定的抗侧翻能力,提高了汽车的稳定性和安全性。     

基于变速量化分级的车辆主动转向控制算法

针对车速动态变化引起转向特性改变,从而导致转向控制不稳定的问题,提出了基于变速量化分级的主动转向控制算法。首先,运用概率统计原理建立量化分级算法划分车速区间;其次,构建具备目标转向控制参数的车辆非线性动力学模型,在各分区间采集模型运行参数训练神经网络完成模式识别,结合基于位移偏差的修正算法建立分区间控制单元;最后,运用隶属函数实现了变车速下控制单元间的柔性切换。此外,设置车辆姿态监视算法,降低车辆的侧翻风险。联合Carsim车辆模型进行控制实验,结果表明,量化分级控制算法可提高变速工况转向控制的精度与稳定性。     

基于虚拟样机技术的铰接式车辆动力学建模

在ADAMS／View软件环境下，建立了某工程车辆多体动力学模型，提出了随机路面的建模方法，进行了不同车速和不同随机激励输入下的车辆平顺性评价虚拟试验．通过与相同实验条件下实车平顺性道路试验结果比较，验证了该模型在评价车辆平顺性方面具有较高的精度和可信度。     

基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。     

轨距不平顺激励下高速列车动力响应研究

为分析轨距不平顺对车辆动力响应的影响,建立了直线和曲线上不同工况的轨距不平顺,仿真计算了列车以不同速度通过轨距不平顺下动力响应,并对各项指标进行了对比分析。     

分布式电动汽车行驶状态与路面附着系数估计

路面附着系数是影响汽车行驶状态估计的重要因素,单一路面附着系数下的汽车行驶状态估计无法适应各种路面工况。针对分布式电动汽车行驶状态与路面附着系数估计问题,研究了一种基于双容积卡尔曼滤波理论的联合估计算法。利用分布式电动汽车多信息源优势,建立3自由度车辆估计模型,将多传感器信号作为估计模型的输入,侧向力通过Dugoff轮胎模型计算获得,设计行驶状态和路面附着双容积联合估计算法。通过典型工况对接路面双移线进行仿真实验,结果表明算法能够实现实时准确估计。     

车辆传动系统瞬态振动特性研究

针对某车辆动力传动系统,考虑发动机激励及系统结构关键设计参数,采用集中质量法建立传动系统动力学模型。在发动机激励变化的输入载荷下,分别对含不同结构设计参数的动力学模型进行仿真分析,对比最优设计参数状态下传动系统的动态响应。研究结果表明:发动机输出扭矩突然变化时,车辆在tip-in过程中会产生传动系统异响及车辆顿挫感;传动间隙的变化可以缓解齿轮啮合冲击现象,从而改善车辆瞬态过程的异响状态。飞轮扭转刚度及惯量、驱动半轴扭转刚度的变化对轮毂运动冲击状态影响显著,影响车辆的平顺性。     

斜拉桥主梁损伤对车激索力响应的影响研究

以斜拉桥的损伤识别为目的,提出了一种索力比指标,研究了斜拉桥在车辆荷载激励下,主梁发生损伤时斜拉索索力比指标的变化规律。以实验室独塔斜拉桥试验模型为研究对象,基于ANSYS建立其空间板壳有限元模型,以单元刚度的折减模拟主梁损伤,对主梁在不同位置损伤、不同程度损伤两类工况下,车辆荷载激励下斜拉索的索力比指标变化进行了数值仿真。结果表明：车辆荷载激励下,斜拉索的索力比指标与主梁的损伤位置和损伤程度存在一定的对应关系。为后续基于车辆荷载激励下的索力响应指标识别斜拉桥损伤方法的研究提供了重要的参考,具有一定的理论意义。     

ABS四轮车辆的Matlab/Simulink建模与仿真

建立了一种四轮车辆制动防抱死系统(ABS)的车辆模型、轮胎模型、路面状况模型和轮速传感器模型，嵌入了气压制动系统和ABS控制逻辑模拟；采用Matlab／Simulink模拟了汽车在直线制动，转弯制动和不同附着系数路面制动的运动状态，为ABS产品的开发提供了依据．     

大客车侧翻稳定性分析及防侧翻鲁棒控制

为在大客车不发生侧翻前提下改善客车的操纵稳定性,进行了大客车侧翻稳定性建模分析及主动防侧翻控制研究。考虑乘客变化造成的簧载质量和重心位置变化,以及非簧载质量对大客车侧翻性能的影响,建立线性四自由度大客车侧翻模型。根据汽车侧翻运动规律提出客观评价大客车侧翻稳定性的侧翻因子。在保证大客车不侧翻的约束下,选取防侧翻控制系统鲁棒性及侧倾过程乘客舒适性为博弈双方,设计基于博弈优化的主动防侧翻鲁棒控制策略。通过典型工况侧翻实例分析大客车侧翻稳定性和侧倾时操纵稳定性,以及当前轮转角干扰和乘客数量变化引起参数扰动时的主动防侧翻控制系统的鲁棒性。为降低实车验证的危险性,应用Trucksim软件进行仿真实验,结果表明:该主动防侧翻控制系统可防止大客车侧翻并改善客车操纵稳定性。     

基于耦合计算的气体轴承-转子系统的动态特性研究

为探究转子运动与轴承特性的非线性对气体轴承-转子系统的影响规律,提高系统特性的计算精度,针对气体轴承-转子系统建立三维模型,将流体动力学与转子动力学结合,通过数值模拟对系统进行双向流固耦合分析。分别使用Fluent模块和Transient Structural模块对系统的流体场和固体场进行瞬态的耦合计算,并通过ANSYS中的System Coupling模块将流体动力学与转子动力学仿真结果进行双向数据交换。研究分析了特定供气压力时,不同阶跃负载及转速条件下的转子非线性运动和轴承特性之间的相互影响,得到了系统特定状态下瞬态响应和稳态响应下的转子轴心轨迹以及不同方向的位移变化曲线。通过时域参数分析得到结论:在一定条件下,提高转速、增加负载会使系统最大超调量降低,提高系统的平稳性,同时减小转子稳态响应下位移波动量,提高系统在稳态响应下的回转精度。