亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于能量法的車輛穩(wěn)定性判斷研究*

        2014-02-27 07:09:38羅玉濤來恩銘
        汽車工程 2014年12期

        羅玉濤,來恩銘

        (華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,廣東省汽車工程重點(diǎn)實(shí)驗室,廣州 510640)

        前言

        目前,國內(nèi)外操縱穩(wěn)定性控制的失穩(wěn)判斷常用的方法有質(zhì)心側(cè)偏角的相平面法。比較成熟的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)主要有博世的ESP等。博世的ESP系統(tǒng)是一個狀態(tài)反饋控制器,其中狀態(tài)變量為汽車的質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度,且車輛的質(zhì)心側(cè)偏角的控制權(quán)值隨著側(cè)偏角的增大而增大。對帶有獨(dú)立四輪車輛模型的動力學(xué)方程進(jìn)行線性化,采用了黎卡提線性二次最優(yōu)控制方法設(shè)計控制器,控制器的輸入信號為通過2自由度模型估算得到的理想質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度與實(shí)際值之間的差值。狀態(tài)控制器的輸出為需求的橫擺力矩[1]。德國大陸公司提出一種可以區(qū)分不同駕駛工況的控制仲裁器。基于車輛不同的行駛工況(部分制動工況、全力制動工況、驅(qū)動工況和四輪驅(qū)動工況)和車輛失穩(wěn)轉(zhuǎn)向傾向(過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向),其中對橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角偏差采用PID控制,同時對車輛車輪制動力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了相應(yīng)的控制,并與ABS、TCS系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制[2]。Mando公司則是基于理想橫擺角速度和實(shí)際橫擺角速度的偏差,采用PID控制估算車輛所需的補(bǔ)償橫擺力矩,并計算相應(yīng)制動輪的滑移率,通過車輛滑移率模塊對車輪進(jìn)行主動制動和介入發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,使得車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)[3]。

        車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵部分就是對車輛的行駛穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。目前常用來表征車輛行駛穩(wěn)定性狀態(tài)的參數(shù)是車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角[4-9]。因此可以通過比較橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的實(shí)際值與理想值之間的差值確定出車輛行駛狀態(tài)。當(dāng)兩者的差值較小時,可認(rèn)為車輛處于穩(wěn)定狀態(tài),無需穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的介入;若兩者差值過大,說明車輛處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的介入,使車輛保持行駛穩(wěn)定。但車輛的質(zhì)心側(cè)偏角不像橫擺角速度那樣可以直接測得,因此有必要研究并設(shè)計用于車輛的穩(wěn)定性的新的判斷方法。

        本文中提出了一種基于能量法的車輛穩(wěn)定性判斷方法。將車輛的側(cè)向運(yùn)動動能與橫擺動能之和定義為失穩(wěn)動能。通過建立失穩(wěn)動能與縱向運(yùn)動動能的比值及其變化率來表征車輛的行駛穩(wěn)定性。在汽車行駛過程中,希望在各種行駛條件下,車輛的失穩(wěn)動能與縱向運(yùn)動的動能的比值保持在一定的可控范圍內(nèi)。若側(cè)向運(yùn)動的動能過大,則會引起能量比變大,從而使車輛失去穩(wěn)定性。因此本文中根據(jù)相平面法設(shè)計了基于失穩(wěn)能量比的車輛穩(wěn)定性判斷式。在Vedyna軟件中進(jìn)行車輛的雙移線仿真分析,證明了該穩(wěn)定性判斷的有效性。

        1 車輛的動力學(xué)模型

        圖1為汽車運(yùn)動受力簡圖。選用常用的坐標(biāo)系,即x軸指向車輛前進(jìn)方向;y軸指向車輛左側(cè);z軸按右手定則,垂直向上。對于簡化的汽車模型而言,具有縱向位移、橫向位移、橫擺角速度3個方向的整車運(yùn)動和4個車輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

        根據(jù)圖1可以得到車輛運(yùn)動基本方程。

        縱向動力學(xué)方程為

        (1)

        側(cè)向動力學(xué)方程為

        (2)

        橫擺運(yùn)動方程為

        (3)

        式中:Iz為車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量;df為前輪距;dr為后輪距;lf為質(zhì)心到前軸之間的水平投影距離;lr為質(zhì)心到后軸之間的水平投影距離。

        由于輪胎的側(cè)向力很難測量,因此本文中采用了HSRI輪胎模型[10]進(jìn)行估算:

        (4)

        (5)

        (6)

        由式(4)和式(5)可推導(dǎo)出輪胎的側(cè)向力和縱向力具有關(guān)系:

        (7)

        式中:Cx為輪胎滑移剛度;Cy為輪胎側(cè)偏剛度;λ為輪胎的滑移率;α為輪胎的側(cè)偏角;FN為輪胎的法向力;μ為輪胎與路面之間的最大的附著系數(shù)。

        2 車輛穩(wěn)定性判斷

        2.1 失穩(wěn)能量比的定義

        車輛的穩(wěn)定性判斷是穩(wěn)定性控制策略的基礎(chǔ)。汽車在正常路面上行駛經(jīng)常需要轉(zhuǎn)彎或受到側(cè)向風(fēng)的影響。當(dāng)輪胎的側(cè)向力接近飽和時,輪胎與路面之間的側(cè)向力將不再與輪胎側(cè)偏角成線性關(guān)系。

        車輛在行駛過程中其總動能可以分解為前軸質(zhì)量動能ETf和后軸質(zhì)量動能ETr[11],其中每項包括平動動能和轉(zhuǎn)動動能項。前、后軸的動能ETf和ETr分別為

        (8)

        (9)

        其中:uf=ur=u;vf=v+lfωr;vr=v-lrωr

        式中:mf、mr分別為等效至前、后軸的車輛前半部和后半部的質(zhì)量;Izf和Izr分別為車輛前半部和后半部繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量;uf、ur分別為前后輪的縱向速度;vf、vr分別為前后輪的側(cè)向速度。

        車輛的縱向運(yùn)動動能為

        (10)

        車輛的失穩(wěn)動能為

        (11)

        因為正常行駛中車輛的橫擺角速度非常小,假設(shè)車輛的橫擺角速度不高于0.2rad/s,車輛的時速為60km/h,通過估算可知一般車輛的橫擺能量小于車輛的平動動能的0.1‰。當(dāng)行駛中的車輛出現(xiàn)較大的橫擺運(yùn)動時,橫擺角速度可以偵測到車輛的運(yùn)動,并進(jìn)行干預(yù),同時車輛較大的橫擺運(yùn)動也會間接影響車輛的側(cè)向和縱向速度。

        因此,車輛的橫擺角速度引起的能量相對于側(cè)向動能基本可以忽略。

        綜上所述,定義失穩(wěn)能量比為

        (12)

        當(dāng)失穩(wěn)能量比越大,則表示側(cè)向運(yùn)動與橫擺運(yùn)動的成分越多。在直線行駛中,駕駛員希望失穩(wěn)能量比盡可能接近零。

        2.2 能量比的特性分析

        在車輛穩(wěn)定性控制中,車輛的行駛穩(wěn)定性非常重要。車輛失去穩(wěn)定則表征著很難恢復(fù)到穩(wěn)定區(qū)域,因此正常情況下不允許出現(xiàn)過大的能量比。當(dāng)估算能量比較小時,若車輛不出現(xiàn)失穩(wěn),系統(tǒng)可以不施加控制。若能量比過大時,控制系統(tǒng)則需要通過間接控制來抑制這種能量比絕對值增大的趨勢,使其接近理想值。相平面法可對這一類非線性問題進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明,在實(shí)際控制中,只要相軌跡在穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi),在擾動存在的情況下,軌跡會自動收斂至穩(wěn)定的焦點(diǎn)。當(dāng)軌跡處于不穩(wěn)定的區(qū)域時,控制系統(tǒng)對能量比進(jìn)行間接控制,通過施加控制使其回到穩(wěn)定區(qū)域。

        能量比也間接影響著車輪的側(cè)偏角,簡化模型的前后輪側(cè)偏角與能量比的關(guān)系為

        (13)

        (14)

        式中:αf、αr分別為前后輪的側(cè)偏角(忽略左右輪側(cè)偏角的差別,αfl=αfr=αf,αrl=αrr=αr);δ為前輪轉(zhuǎn)向角。

        因此,將前后輪側(cè)偏角代入輪胎模型中估算輪胎力和橫擺力矩,得到如圖2所示的關(guān)系圖,車輛在一定的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時,車輛橫擺力矩與能量比之間的關(guān)系曲線。

        由圖2分析可知,當(dāng)能量比較小時,橫擺力矩與能量比處于線性區(qū)域,近似成正比;隨著能量比的增大,橫擺力矩在某一能量比時開始減少,并趨于穩(wěn)定值,此時即使是有經(jīng)驗的駕駛員也很難通過操縱轉(zhuǎn)向盤來有效控制車輛。引起這種現(xiàn)象的原因主要是由于后輪側(cè)偏特性進(jìn)入了非線性飽和區(qū)域所導(dǎo)致的。車輛前輪的側(cè)偏特性對橫擺力矩的影響不大。隨著能量比的增大,橫擺力矩的減少主要是由于后輪側(cè)偏特性趨于飽和所導(dǎo)致的。所以,在低附著路面上應(yīng)該嚴(yán)格限制車輛的失穩(wěn)動能與縱向運(yùn)動動能的能量比,才能使車輛保持穩(wěn)定。

        由于輪胎側(cè)偏特性的影響,在圖2中,當(dāng)能量比較大時,輪胎的側(cè)向力將趨于飽和,使得車輛的橫擺力矩也趨于飽和。由于前后軸側(cè)向力處于飽和狀態(tài),對質(zhì)心的橫擺力矩不能夠抵消,所以當(dāng)能量比增大時,橫擺力矩將偏離M=0。當(dāng)斜率為正時,車輛表現(xiàn)出一定的不足轉(zhuǎn)向特性。當(dāng)斜率為負(fù)時,車輛就表現(xiàn)為一定的過多轉(zhuǎn)向特性,此時若車速超過車輛的極限車速,則會導(dǎo)致車輛失穩(wěn)。車輛在加速過程中橫擺力矩將會增大,由于輪胎的載荷向后轉(zhuǎn)移,車輛將表現(xiàn)出很強(qiáng)的不足轉(zhuǎn)向特性。過量的不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向都會導(dǎo)致車輛失去穩(wěn)定性。因此,可以將失穩(wěn)能量比作為車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一個重要的控制量。

        2.3 穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則

        相平面法是一種求解常微分方程的圖解方法,其實(shí)質(zhì)是將系統(tǒng)的動態(tài)過程在相平面內(nèi)用運(yùn)動軌跡的形式繪制成相平面。根據(jù)相平面圖全局的幾何特性,判斷系統(tǒng)所固有的特性。本文中利用失穩(wěn)能量比作為橫坐標(biāo),將失穩(wěn)能量比變化率作為縱坐標(biāo)。在能量比與能量比變化率相圖中存在一個穩(wěn)定區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi),從任意初始點(diǎn)出發(fā)的相軌跡最終都收斂于穩(wěn)定的焦點(diǎn),即車輛能恢復(fù)到相應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)。同時由于車輛穩(wěn)定域由奇點(diǎn)近似界定,分析奇點(diǎn)也可以分析車輛穩(wěn)定性的變化[12]。

        綜上所述,建立失穩(wěn)能量比的相平面法判斷汽車的失穩(wěn)狀態(tài),采用如下穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則:

        (15)

        3 仿真計算與結(jié)果分析

        以某車輛為例,在Vedyna軟件中建立該車輛的動力學(xué)模型。該車輛的整備質(zhì)量為1 435kg,軸距為2 710mm。確定判別式中的參數(shù)C1、C2,在大側(cè)偏角下,當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角改變時,橫擺力矩幾乎不發(fā)生變化,特別是在物理極限條件下,在較好的路面條件下,物理極限的質(zhì)心側(cè)偏角約為12°,橫擺角速度約為22°/s,將車輛的極限質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度帶入方程中求解:C1=19.36,C2=6.76。因此,穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則曲線如圖3所示。

        由圖3可知,當(dāng)車輛行駛過程中失穩(wěn)能量比與能量比變化率的坐標(biāo)點(diǎn)落在兩條直線之間,則認(rèn)為車輛此時處于穩(wěn)定狀態(tài),沒有發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象;反之則認(rèn)為車輛出現(xiàn)了失穩(wěn),此時穩(wěn)定性控制系統(tǒng)對車輛進(jìn)行主動干預(yù)。

        分析圖4可知,當(dāng)7.6s時穩(wěn)定性判斷式計算結(jié)果大于1時,此時車輛出現(xiàn)了失穩(wěn)現(xiàn)象。觀察無穩(wěn)定性控制系統(tǒng)時,車輛在該時刻的質(zhì)心側(cè)偏角。從質(zhì)心側(cè)偏角觀測數(shù)據(jù)可知,在7.6s時車輛即開始產(chǎn)生了較大的質(zhì)心側(cè)偏角,并伴隨著不斷增大的趨勢,說明此時車輛已經(jīng)發(fā)生了較明顯的側(cè)偏,失去了行駛穩(wěn)定性。其中失穩(wěn)程度越嚴(yán)重,判據(jù)式的計算結(jié)果也越大,進(jìn)一步證明該穩(wěn)定性判據(jù)的有效性。

        圖6為車輛加裝了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)后的穩(wěn)定性判斷式計算結(jié)果。對比圖4的計算結(jié)果可知,當(dāng)系統(tǒng)判斷7.6s時車輛失穩(wěn),穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。穩(wěn)定性判斷式計算結(jié)果在該穩(wěn)定性控制系統(tǒng)多次介入下大幅減小,并且最終小于1趨于0,使車輛進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)域。

        假設(shè)車輛在高附著路面行駛,其中路面附著系數(shù)為0.8,車輛的行駛車速為80km/h,進(jìn)行車輛的雙移線仿真實(shí)驗,仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。

        由圖7可知,當(dāng)路面附著系數(shù)為0.8時,計算的穩(wěn)定性判斷結(jié)果均小于1,對比此時車輛的質(zhì)心側(cè)偏角,可知行駛過程中車輛的質(zhì)心側(cè)偏角始終較小,因此車輛并沒有發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象,穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則也有效地跟蹤了車輛的行駛狀態(tài)。

        綜上所述,當(dāng)車輛在低附著路面和高附著路面時,穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則都能有效地表征車輛的行駛穩(wěn)定性狀態(tài)。

        4 結(jié)論

        本文中針對汽車的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中車輛的失穩(wěn)判斷進(jìn)行詳細(xì)研究。通過能量法建立車輛的失穩(wěn)動能與縱向運(yùn)動動能,并將兩者的比值定義為失穩(wěn)能量比,結(jié)合相平面法設(shè)計了車輛行駛過程中的穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則,識別車輛的行駛狀態(tài)。最后在Vedyna仿真分析軟件下對車輛在高附著路面和低附著路面進(jìn)行了雙移線仿真分析。結(jié)果表明,當(dāng)車輛在高、低附著路面時,穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則都能有效地表征車輛的行駛穩(wěn)定狀態(tài)。

        [1] Anton T Van Zanten,Rainer Erhardt,Klaus Landesfeind,et al.VDC Systems Development and Perspective [C].SAE Paper 980235.

        [2] 陳幀福.ESC 的工作原理與發(fā)展前景 [R].法蘭克福: 德國大陸公司,2007.

        [3] Kim Dongshin,Kim Kwangil,Lee Woogab,et al.Development of Mando ESP(Electronic Stability Program) [C].SAE Paper 2003-01-0101.

        [4] 程軍.車輛動力學(xué)控制的模擬[J].汽車工程,1999,21(4):199-205.

        [5] 王德平,郭孔輝,宗長富.車輛動力學(xué)穩(wěn)定性控制的仿真研究[J].汽車技術(shù),1999,2:8-10.

        [6] A T Van Zanten.Bosch ESP System:5 Year of Experience[C].SAE Paper 2000-01-1633.

        [7] Tseng H E,et al.Technical Challenges in The Development of Vehicle Stability Control System[C].IEEE,1999.

        [8] Yoshiki Fukada.Slip-Angle Estimation for Vehicle Stability Control[J].Vehicle System Dynamics,1999,32:375-388.

        [9] Hideaki Sasaki,Takatoshi Nishimaki.A Side-slip Angle Estimation Using Neural Network for a Wheeled Vehicle[C].SAE Paper 2000-01-0695.

        [10] Van Zanten,et al.Control Aspects of the Bosch-VDC,AVEC’96[C].International Symposium on Advanced Vehicle Control,Aachen,June 24-28,1996: 576-607.

        [11] 喻凡,林逸.汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        [12] 蓋玉先,等.汽車動力學(xué)穩(wěn)定性的研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006(12):12-17.

        久久无码人妻丰满熟妇区毛片| 成人国产自拍在线播放| 中文字幕一区二区三区乱码不卡| 亚洲精品综合在线影院| 亚洲女同免费在线观看| 成人在线免费电影| 4444亚洲人成无码网在线观看 | 欧美日韩电影一区| 国产亚洲青春草在线视频| 91三级在线观看免费| 中文无码精品a∨在线观看不卡| 久久久精品久久波多野结衣av| 日韩有码中文字幕第一页| 在线观看中文字幕二区| 色爱无码av综合区| 亚洲人成网站在线播放观看| 久久久国产视频久久久| 国产青青草在线观看视频| 伊人久久久精品区aaa片| 成人午夜免费无码视频在线观看| 国产精品一区二区三区成人| 极品少妇xxxx精品少妇偷拍| 日韩a无v码在线播放| 无码中文字幕av免费放| 国产精品一区久久综合| 国产亚洲精品美女久久久| 一本久道久久综合婷婷五月| 成人精品国产亚洲av久久| 真实夫妻露脸自拍视频在线播放| 精品无码一区在线观看| 精品人妻少妇一区二区中文字幕| 99精品人妻少妇一区二区三区| 精品国产第一国产综合精品| 亚洲国产成人精品无码区在线观看| 日本一区二区三区资源视频| 一区二区三区高清在线观看视频| 疯狂撞击丝袜人妻| 精品国产品欧美日产在线| 国产精品髙潮呻吟久久av| 专干老熟女视频在线观看| 久99久热只有精品国产男同|