高维汽车侧向动力学系统的分岔与失稳分析

为建立汽车实际状态响应与轮胎侧偏刚度间的联系,采用二次多项式轮胎模型建立了包含侧倾运动和平面运动的四维非线性侧向动力学系统;应用中心流形定理对其进行了降维处理并转换为中心流形上的一阶约化系统。应用非线性分岔和稳定性理论以及时域仿真分别对均匀路面工况和对开路面工况的稳定性进行了分析。结果表明,奇异点处发生鞍结分岔将导致汽车失稳,可以通过改变前轮转向角来改变分岔特性,改善汽车极限工况下的稳定性,从而实现非线性动力学分析方法与主动转向控制系统的分析和设计相结合,以减小基于线性轮胎模型的控制方案的局限性,提高底盘控制系统的控制性能。     

小水电并网系统电压稳定分岔研究

对一个小水电并入负荷中心的简化系统详细推导出常微分状态方程组,在此基础上运用MATCONT软件进行了以有功负荷为单参数的分岔计算,结果显示平衡点曲线上先后出现Hopf分岔点和鞍结分岔点,对系统电压稳定性造成了潜在威胁;运用双参数分岔分析方法研究了水轮机输入机械转矩Mm和励磁系统AVR增益KE对电压稳定性的影响,可知增大Mm能有效延迟鞍结分岔,也可在一定程度上延迟Hopf分岔;而增大KE只能在一定程度上延迟鞍结分岔,对Hopf分岔基本无影响。研究结果表明在丰水期小水电满发有利于提高系统的电压稳定性。     

考虑车身侧倾的4WS汽车横向稳定性与Hopf分岔特性

四轮转向汽车与传统前轮转向相比,能增加车辆高速行驶稳定性和低速转向灵敏性。车身侧倾时轮荷转移会改变轮胎侧偏特性,从而影响4WS汽车横向稳定性及分岔特性,为此研究了考虑车身与底盘的非线性耦合,建立了考虑车身侧倾时轮荷转移的3-DOF闭环系统动力学模型,先定性判定系统Hopf分岔存在性与稳定性,再运用数值方法计算系统的稳定区域与Hopf分岔特性。并与2-DOF闭环系统平面模型对比,结果表明,2种模型计算结果有明显区别。对于3-DOF系统,随着预瞄距离、前后轮转角比例系数的增大,系统稳定区域会增大;随着前后轮转角比例系数的增大,汽车侧倾角、侧倾角速度的自激振动极限环幅值呈减小的趋势。     

汽车整车稳定性的Hopf分岔特性数值分析

以独立悬架汽车为研究对象,利用分析力学方法,建立整车扩展的三自由度操纵模型,利用常微分方程稳定性理论和数值分析,对具有不同转向特性汽车的自激型摆振分岔特性进行了分析。研究表明:具有不同转向特性汽车在一定的参数组合下都会表现出自激型摆振的性质,即自激型摆振是一种非线性动力学Hopf分岔后出现的稳定极限环振动现象。     

四轮转向车辆后轮转角与横摆力矩联合模糊控制

为提高车辆在极限工况下的稳定性,充分考虑悬架、转向系统以及轮胎等部件的非线性,运用多体动力学仿真分析软件ADAMS/Car建立了四轮转向车辆的虚拟样机模型.确定了质心侧偏角和横摆角速度具有理想输出响应的控制目标.针对车辆的非线性,提出了后轮转角与横摆力矩联合控制的模糊控制策略,并设计了对应的非线性模糊控制系统.最后应用ADAMS/Car和Matlab/Simulink联合仿真技术,对控制系统的性能进行了仿真验证.仿真结果表明:后轮转角与横摆力矩联合模糊控制可有效防止车辆在极限转向工况下发生侧滑失稳.     

基于主动转向技术的汽车制动稳定性控制

以汽车制动稳定性控制原理和相关汽车动力学模型为基础,通过对汽车在两侧路面附着系数相差较大的对开路面的制动状况进行理论分析,提出利用主动转向技术控制汽车紧急制动时的稳定性,并使汽车在制动偏驶后能通过转向控制快速恢复到正确的行驶车道.在理论分析的基础上结合所提出的模糊控制策略和控制方式,设计模糊控制器进行仿真实验,并用实验结果进行了验证,结果表明利用所提出的汽车制动稳定性模糊控制策略,能减少汽车制动时的失稳状况,对于提高汽车的行驶安全性具有一定的作用.     

槽孔加工中钻杆系统的非线性运动与动力稳定性

考虑了切削力波动、质量偏心及切削液流体力对钻杆动特性的影响.在求解切削液动态流体力时,引入变分约束原理,在动力积分、迭代过程中实时形成修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,同时求得了切削液流体力及其Jacobian矩阵,并且使其具有相互协调一致的精度.在求解钻杆系统非线性动力学响应时,通过改变系统的时间尺度,使系统周期轨迹的周期显式地出现在系统方程中,并将周期也作为一个参数参与到迭代过程中,减少了对周期轨迹及其周期求解的计算量.同时,运用 Floquet稳定性理论,将理论计算与实验结果相结合分析了随系统控制参数改变钻杆系统周期运动的局部稳定性和分岔行为.     

车用永磁同步电机稳定性分析

采用多参数统一方法,将永磁同步电机数学模型中多个参数变化的特性综合到两个参数的变化上,给出了平衡点的稳定性判别条件,推导了平衡点产生Hopf分岔及叉形分岔的条件。仿真分析了永磁同步电机的平衡点随这两个参数变化的规律,得到了平衡点的叉形分岔点以及亚临界Hopf分岔点。分析得到了永磁同步电机中的不同动力学现象,解释了不同动力学现象产生的机理。     

线控转向系统横摆角速度反馈控制律的研究

线控转向系统是转向系的必然趋势.研究了横摆角速度反馈控制律对线控转向汽车操纵稳定性的影响.结果表明:横摆角速度反馈可以增大系统阻尼和带宽,加快转向响应,降低超调,降低质心侧偏角稳态值;并且反馈系数增大时阻尼和带宽增大.在对分路面制动等危险工况下可抑制不期望的车辆横摆运动.     

含裂纹双跨转子-轴承系统周期运动的稳定性

建立了带有裂纹故障的双跨弹性转子系统的动力学模型，利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论，研究了系统周期运动的稳定性及失稳规律。系统以倍周期分岔形式失稳，且在不同转速下，系统会出现倍周期分岔和Hopf分岔等不同的分岔形式。在亚临界转速区系统响应中出现了1／3倍频、1／2倍频、2／3倍频、1倍频、2倍频等频率成分，但是在超临界转速区，2倍频及以上频率的峰值明显减小。     

非线性高速汽车操纵逆动力学建模与仿真

针对汽车操纵逆动力学研究现状,考虑轮胎侧向力的非线性,建立了非线性二自由度汽车模型,在方向盘角阶跃输入情况下,利用径向基函数网络建立了非线性汽车在不同摩擦因数路面上高速行驶时,汽车方向盘转角与横摆角速度之间的非线性映射关系.方向盘角阶跃输入的识别与仿真结果表明,利用径向基网络识别方向盘角输入的方法是可行的,并且具有识别精度高、运算速度快等优点.     

前轮主销后倾角对高速转向稳定性的影响

为提高车辆高速转向时的行驶稳定性，通过建立整车二自由度模型和转向系统力输入动力学方程，用Routh-Hurwitz稳定判据推导了前轮主销后倾角与转向稳定极限车速匹配关系计算式。用样车进行了实例计算和试验研究，试验结果验证了理论分析与计算式的正确性，表明该计算式对前轮主销后倾角与转向稳定车速的关系有一定预测性。     

厢式运输车前轮主销后倾角改进设计

基于轮胎侧偏特性建立前轮转向后回正力矩数学模型 ,根据转向轮回正力矩与回正阻力力矩平衡方程式 ,计算了 5 0 2 1型厢式运输车主销后倾角 ,按照国标 GB/T6 32 3.4 - 94的要求做了转向回正试验 ,验证了理论分析和设计计算的正确性 ,为前轮定位参数中主销后倾角的设计提供理论参考。     

汽车转弯制动工况轮胎垂直载荷仿真计算

在已有的轮胎力学模型的基础上,对汽车转弯制动工况车轮垂直载荷的变动情况作了深入的理论分析,并进一步建立了仿真模型。这为汽车在该工况以及更复杂工况下的动力学仿真分析奠定了理论基础,方便了以后的计算。     

极限工况下汽车稳定性的最优保性能控制

考虑轮胎侧偏刚度参数的不确定性,建立了用于控制器设计的线性参数不确定性车辆模型.在分析现有的汽车操纵稳定性控制策略特点的基础上,提出了二次最优保性能汽车稳定性控制方案;基于模型跟踪控制技术和参数不确定性车辆模型推导了汽车稳定性二次最优保性能控制器.仿真结果表明,与传统二次最优控制相比,最优保性能控制方案在保证系统稳定性和鲁棒性的同时可以获得更小的质心侧偏角和更好的横摆响应.     

7.50R20 14PR PW02型轮胎侧偏刚度的试验与拟合

为给使用某公司产7.50R20 14PR PW02型轮胎车辆的操纵稳定性研究提供准确的轮胎侧偏力计算公式,对该轮胎进行了相关试验与数值拟合。首先,在标准胎压下就5种不同载荷,测量了侧偏角范围-8°～8°内对应的侧偏力。然后使用MagicFormula模型及Unitire模型分别对该轮胎侧偏刚度进行了数值拟合,并就使用Unitire模型在数值拟合的过程中Ey(侧向力曲率因子)及μy(侧向摩擦系数)的部分拟合值超出取值定义域的现象给出了相关修正方法。最后对上述拟合结果与试验数据进行了对比分析,结果显示:使用Magic Formula模型得到的侧偏力计算公式的计算精度较高,其最大残差仅为0.68%,说明7.50R20 14PR PW02型轮胎对Magic Formula轮胎模型较适应。     

车辆转向时牵引力控制系统前轮滑转率算法

车辆转向时.用后轮轮速作为参考车速计算驱动轮滑转率会造成计算偏差,造成牵引力控制系统的误干涉.为此利用前轮参考轮速计算转弯时的前驱动轮滑转率.并提出了利用横摆角速度信号的直接开方法以及利用前轮转角信号的前轮转角补偿法进行滑转率计算.试验表明2种算法都有效,前者运算时间为0.8 ms,后者运算时间为0.3 ms,因而选用后者.利用该算法修正后牵引力控制系统没有出现误干涉.     

基于电磁机械耦合再生制动系统的ABS控制

针对现行电动汽车再生制动的不足,提出一种新型电磁机械耦合再生制动系统(EMCB),进行了动力学分析和耦合机理研究;针对目前传统ABS离散开关控制的不足,基于EMCB系统和模糊自适应滑模控制提出了一种连续状态控制的ABS控制策略,以对接路面下的车辆直行制动工况和低附路面下的弯道制动工况为例,对车轮滑移率、制动能回收率、制动稳定性等进行了仿真分析。研究结果表明,所提出的ABS控制策略具有良好的响应性、鲁棒性和滑移率控制性能,既保证了制动稳定性和制动效能,又提高了制动能回收率,有效增加了电动汽车的续驶里程。     

极限工况下汽车轮胎侧偏角测试方法研究

轮胎侧偏特性识别是汽车动力学稳定性控制的基础,而极限工况下因侧倾转向和变形转向的影响,基于动力学模型的轮胎侧偏角估计方法精度变差。提出一种基于直接视觉测量转向轮转角和车身姿态的轮胎侧偏角测试方法,为极限工况下转向轮转角和轮胎侧偏角观测模型研究提供技术手段。首先分析了侧偏角测试原理,基于高精度定位定向差分GPS和图像实时处理器CVS 1456等构建了实车试验系统。在对试验车转向系统传动比进行标定的基础上,原地转向和小侧向加速度行驶试验表明:基于图像获取转向轮转角与基于转向盘转角方法一致性好。圆周加减速行驶试验表明,在侧向加速度约0.8 g时,汽车达到极限工况,基于图像方式获取的转向轮转角曲线体现了侧倾转向和变形转向的影响,试验车具有不足转向特性。实车试验表明所提出方法是有效、可行的。     

某车型不足转向度偏低原因分析及解决

某车型在目标设定阶段发现其不足转向度偏小,通过对前后悬架SDF参数和前后悬架等效侧偏刚度进行分析,初步确定不足转向度偏小是因为前悬架侧倾中心偏高引起的。为提高该车不足转向度,对影响侧倾中心高度较大的下摆臂外点和转向拉杆外点进行了优化,并就优化结果跟原始车型进行了对比,对比表明,优化后该车不足转向度得到了明显提高。从而提出,通过对下摆臂外点和转向拉杆外点进行调整,可使整车不足转向度得到明显改善。