车辆动力学论文--车辆动力学稳定性的研究

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1、车辆动力学稳定性的研究摘要：近年来，汽车动力学控制得到广泛的研究。兼容了ABS和TRC的优势，车辆动力学稳定性控制（VDC）使车辆在各种路面和各种工况下都获得良好的操纵稳定性和方向性，大大降低交通事故的发生及其伤害。本文从理论上研究了汽车稳定性控制的基本原理和稳定性控制策略，以及路面状况、转向角、车速对汽车操纵稳定性的影响。采用MATLAB/Simulink建立车辆模型进行稳定性仿真分析。关键词：动力学；稳定性控制；阈值控制；引言车辆动力学是近代年发展起来的一门新兴学科。随着人类社会的发展和人们生活水平

2、的提高，人们对车辆动力学稳定性提出了更高的要求。自20世纪70年代末，从飞机设计技术中引入的防抱死制动系统（Anti-lockBrakingSystem，简称ABS）可以称得上是向车辆底盘控制迈出的第一步，ABS通过限制制动压力来保证车轮的最佳滑移率，从而避免了车轮的抱死。随后，通过限制发动机输出转矩防止车轮滑转的驱动力控制系统（TractionControlSystem，简称TCS）在20世纪80年代中期得到应用。到20世纪80年代末，在ABS和TCS的基础上，又成功地开发了防滑转控制（Acceler

3、ationSpinRegulation，简称ASR）装置，这种装置在车辆急剧变速时，可改善车辆与地面的附着力，避免车辆产生侧向滑动的危险。20世纪90年代初，研究人员根据轮胎印迹处的纵向力和横向力满足摩擦圆规律的原理，提出了在高速行驶中通过驱动力控制来保证车辆的横向稳定性的动态稳定性控制（DynamicStabilityControl，简称DSC），它对车辆高速转动时制动特别有效。20世纪90年代末期，研究人员发现，车辆在高速行驶过程中的横向稳定度较小，通过调节四个车轮的纵向力而形成一定的回正力矩，就可

4、以控制车辆的横摆角速度，由此提出了“直接横摆控制”（DirectYawmomentControl，简称DYC）算法，并经过试验验证了该算法的有效性。在此基础上，近年来又提出了限制一定侧偏角范围的车辆动力学控制（VehicleDynamicsControl，简称VDC）。自2000年以来，VDC系统得到了世界各国汽车厂商的关注，并进行开发研制。用户对车辆稳定性的需求是车辆动力学稳定性控制发展的动力，而车辆动力学技术的发展为车辆动力学稳定性控制进一步发展提供了技术保障。动力学稳定性控制(VDC)出现，它兼容

5、了ABS和TCS的优势功能，利用车辆动力学状态变量反馈来调节车轮纵向力大小及匹配，统计分析知：VDC能够大大降低交通事故的发生及其伤害。1车辆动力学稳定性控制方法1.1车辆动力学控制模型介绍车辆动力学控制模型主要包含整车模型、轮胎模型和驾驶员模型。①整车模型在分析中采用的模型可以分为线性模型和非线性模型两类。也可以根据分析的自由度数分类，在动力学仿真中主要使用的模型一般有单轮模型、双轮自行车模型和四轮模型等。单轮模型一般应用于车辆牵引和制动研究，这种模型直观简洁。这一模型主要应用在ABS和TCS的控制策

6、略的研究开发上。双轮自行车模型结构相对简单，对于开发VDC而言采用两轮模型具有以下优势：结构简单，运算量小，能够保证控制的实时性的要求。因此双轮自行车模型是进行VDC9控制策略的开发及控制算法的研究的基础。四轮模型更为真实地反映了车辆的实际情况。为了尽可能的接近车辆的实际情况，必须考虑悬架、轮胎和车身的非线性，以及车辆的动态非线性，因此在理论建模和分析过程中也有采用四轮多自由度车辆仿真分析模型。①轮胎模型轮胎对车辆的动力学控制具有非常重要的影响，因为车辆的一切动力学控制的外力都是来自轮胎和路面的附着作用

7、。因此，轮胎模型和实际工况的符合程度决定了控制系统仿真分析及控制算法的精确性。由Pacejka教授提出的“魔术公式”轮胎模型是动力学仿真分析应用的主要的模型。国内外学者在研究中常用到该模型以及其修正模型。此外，在研究中，人们还可以运用梁模型、刷子模型、辐条模型以及Swift轮胎模型。然而，在研究中应用最广泛的仍然是“魔术公式”轮胎模型以及其修正模型。③驾驶员模型在车辆的驾驶过程中，驾驶员是首要的控制元素。对于车辆动力学控制而言，车辆的实际操作过程中都需要考虑驾驶员的因素。因此，对驾驶员进行建模的思想在人

8、—车闭环系统中进行了研究。在车辆主动安全控制系统中，如带有预瞄模型的VDC控制系统中都需要应用驾驶员模型。1.1车辆动力学控制的策略和算法VDC控制系统的核心是控制策略和算法。控制策略和算法直接决定了控制系统的性能，这也是国内外研究的重点。①控制变量的选择为了进行车辆动力学控制，VDC必须确定控制状态量。在光滑的路面上进行控制时，横摆角速度和横向加速度不对应，因此横摆角速度和侧偏角都必须加以门限控制。轮胎的纵向力和横向力决定于滑移率、侧偏角