车辆非平稳行驶动力学及控制研究

论文摘要

汽车非平稳行驶动力学是汽车行驶动力学的一个重要方面，主要研究车辆非匀速行驶时整车的动力响应特性、控制及评价问题。随着汽车的保有量迅速增加，车流密度也在不断提高，汽车在运行时经常处于加速超车、减速制动等变速运行工况。尽管路面在空间域内是平稳的，但由于车速的变化，车辆的响应在时域内为非平稳过程，因此进行车辆非平稳行驶动力学研究符合车辆实际运行工况。进行车辆非平稳行驶动力学研究对于提高车辆的行驶平顺性、减小结构噪声、确定车辆的随机载荷、提高整车和零部件的设计水平具有一定实际意义和理论价值。 论文基于车辆平稳行驶动力学理论，在对车辆动力学建模、分析方法、振动特性控制等方面分析基础上，应用系统动力学理论、时频分析理论、相关分析、控制理论、现代谱分析技术对车辆非平稳行驶动力特性进行了详细的分析研究，并在车辆四轮相关路面随机输入模型、瞬态响应谱分析、以及非平稳行驶振动控制方面提出了自己的新方法。论文第一章介绍汽车行驶动力学的国内外研究现状。第二章分析了车辆弹性、阻尼元件非线性特性，建立了适合车辆分析、控制的车辆动力学平面模型和空间模型，并从频域和时域给出了数学模型。第三章首先建立四轮相关路面平稳随机输入的时域通用模型，在此基础上提出了车辆四轮相关非平稳路面模型，并进行了仿真。第四章从频域和时域两个方面研究了车辆非平稳动力响应分析的双谱法、基于模态分析的演变谱法以及基于本文所提出路面相关模型的时域方法；发展了协方差等效法，并提出了瞬时空间频率响应函数法。第五章对车辆非匀速行驶工况进行了随机振动实验研究，并应极大熵谱法对车辆非平稳实测响应进行了分析。第六章在本文提出的车辆四轮相关非平稳路面模型基础上，应用最优控制方法对车辆悬架进行了控制研究，得到了一些有意义的结论。第七章应用Wigner-Ville谱对整车的响应进行了时频分析，得到了车辆非平稳行驶时的一些重要特征。本文的研究成果主要包括以下几个方面： 1、建立了频域分析的5自由度平面车辆模型和时域分析的8自由度空间车辆模型，时域模型可以处理悬架元件的非线性问题，并给出了空间域内的车辆数学模型。 2、基于各向同性假设、滤波白噪声方法以及高阶时空微分关系、建立了车辆四轮相关路面平稳和非平稳随机输入模型。模型物理意义清楚，成功地解决了汽车非匀速行驶时，前后轮的变时差的相关问题，并可直接根据路面不平度系数、路面空间截止频率、车辆轮距和行驶车速确定路面模型参数，无需实测相干函数，因此通用性好，应用方便，为车辆的非平稳随机振动研究提供了重要的基础。 3、在车辆非平稳响应的频域分析方面，提出了“瞬态空间频响函数”法，并结合

论文目录

• 声明
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 车辆行驶动力学的研究现状
• 1.1.1 路面随机激励的研究
• 1.1.2 车辆行驶动力学建模及分析方法
• 1.2 车辆非平稳行驶动力学问题
• 1.2.1 车辆非平稳行驶动力学
• 1.2.2 车辆非平稳行驶动力学研究方法
• 1.2.3 车辆非平稳响应的时频分析
• 1.2.4 车辆非平稳行驶动力学控制
• 1.3 课题研究的内容及意义
• 1.3.1 本课题研究的主要内容
• 1.3.2 本课题研究的意义
• 第二章 车辆非平稳行驶动力学原理
• 2.1 车辆非平稳行驶状态动力学特征
• 2.2 车辆非线性弹性、阻尼特性
• 2.2.1 弹性元件的非线性
• 2.2.2 阻尼元件的非线性
• 2.3 车辆行驶动力学平面模型
• 2.4 空间8自由度模型
• 2.5 空间域模型
• 2.6 时域模型
• 第三章 路面随机输入时域模型及仿真
• 3.1 路面四轮相关平稳随机输入时域模型
• 3.1.1 单轮输入建模的理论基础
• 3.1.2 四轮路面输入相关特性
• 3.1.3 路面随机输入模拟实例与分析
• 3.2 路面四轮相关非平稳随机输入时域模型
• 3.2.1 单轮非平稳随机输入的建模
• 3.2.2 四轮路面输入相关特性
• 3.2.3 实例模拟与分析
• 3.3 结论
• 第四章 车辆非平稳动力响应分析的几种方法
• 4.1 频域方法
• 4.1.1 双谱法
• 4.1.2 演变谱分析
• 4.2 状态空间法
• 4.2.1 时域方法
• 4.2.2 仿真实例
• 4.2.3 协方差等效法
• 4.3 空间演变谱分析
• 4.3.1 车辆在空间域内的运动微分方程
• 4.3.2 空间域内的演变谱
• 4.4 瞬态空间频率响应函数
• 4.4.1 车辆非平稳振动系统的特征
• 4.4.2 时间频率响应函数
• 4.2.3 瞬态空间频率响应函数
• 4.2.4 瞬态空间功率谱密度函数
• 4.2.5 方法验证及实例分析
• 4.2.6 结论
• 第五章 车辆非匀速行驶时振动实验及分析
• 5.1 极大熵谱估计（MESE）法
• 5.1.1 熵密度与功率谱
• 5.1.2 数据建模和参数估计
• 5.1.3 Burg快速算法
• 5.2 极大熵谱估计
• 5.3 汽车非匀速行驶时的道路实验
• 5.3.1 实验条件
• 5.3.2 实验仪器及测点布置
• 5.4 实验数据的熵谱分析
• 5.5 结论
• 第六章 车辆非平稳行驶状态悬架系统控制
• 6.1 悬架系统控制模型
• 6.2 路面非平稳激励
• 6.3 悬架系统控制方程
• 6.4 控制算法
• 6.5 控制仿真及分析
• 第七章 车辆非平稳响应时频分析
• 7.1 维格纳分布（WD）的基本理论
• 7.2 伪维格纳分布（PWD）
• 7.2.1 伪Wigner分布（PWD）
• 7.2.2 离散时间、离散频率的伪维格纳分布
• 7.2.3 计算机实现步骤
• 7.3 交叉项的抑制
• 7.4 路面非平稳激励的Wigner谱
• 7.5 车辆非平稳响应的Wigner谱
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 作者简介
• 附录B 攻读博士学位期间发表的论文
• 附录C 攻读博士学位期间参加的科研项目