汽车实时动力学仿真中转向回正特征建模方法研究

论文摘要

现有车辆动力学模型（特别是实时仿真模型）能够较好地仿真汽车操纵等性能,但是由于角输入转向模型和刚性车轮等模型的局限,对汽车回正特性和稳定性的仿真不够准确,不能实现高逼真度汽车品质仿真。本文针对影响汽车回正特性和稳定性的关键建模因素展开研究,主要研究工作和学术贡献包括:当前模型常用动摩擦计算方法近似计算静摩擦特性,影响了汽车典型摩擦环节的准确描述,不能实现对汽车回正和稳定性能的精确仿真。本文提出静、动摩擦状态分离求解的建模方法,可准确计算摩擦力,为汽车回正和稳定性仿真奠定基础。建立了左右转向轮相互协调的转向系统动力学模型,用静动摩擦分离建模方法改进了转向系统干摩擦模型,实现了左右车轮力的自适应协调,并利用转向弹性环节模型统一计算转向回正力矩,从而使得模型可以准确仿真车辆抵抗左右结构不对称和路面不对称激励的性能,实现回正和稳定性能仿真。建立考虑胎体弹性的车轮动态模型。用胎体动力学准确计算了轮胎接地印迹处的运动状态,实现纵向滑移和侧向滑移运动的相互协调;通过胎体弹性力的瞬态计算估计了轮胎接地印迹块与地面间的静摩擦力,并实现车辆滚动阻力矩与制动力矩的协调。模型提高了车辆稳定性仿真的精度,并实现车辆Stand-Still工况的仿真。在修改、完善制动和悬架模型的基础上,集成整车动力学模型,进行了各种典型工况的仿真与试验验证;并对不同车速下转向撒手试验、原地转向、微小转向输入、单侧地面小冲击等工况进行仿真,验证了模型对汽车回正和稳定性能仿真的有效性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外车辆动力学模型发展
• 1.3 汽车转向回正特性和稳定性建模基础
• 1.3.1 CarSim 和Adams/Car 车辆模型介绍
• 1.3.2 车辆动力学模型分析
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 车辆摩擦环节建模方法研究
• 2.1 摩擦模型研究基础
• 2.1.1 库仑摩擦模型
• 2.1.2 Karnopp 模型
• 2.1.3 “弹簧阻尼器”模型
• 2.1.4 Dahl 模型
• 2.2 静、动摩擦状态分离求解模型
• 2.3 摩擦模型仿真求解算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 转向系统回正特性模型的建立
• 3.1 转向系弹性力的计算
• 3.2 转向盘回正力矩的计算
• 3.3 转向齿条方程的建立
• 3.4 转向轮绕主销旋转动力学方程的建立
• 3.5 动力转向特性描述
• 3.6 转向系统干摩擦的建模
• 3.6.1 转向主销处静摩擦力矩算法
• 3.6.2 转向主销处动摩擦力矩算法
• 3.6.3 静、动摩擦算法间的过渡处理
• 3.7 转向系统模型仿真计算实例
• 3.7.1 转向撒手试验
• 3.7.2 转向盘小角度扰动试验
• 3.7.3 路面微小突起试验
• 3.8 本章小结
• 第四章 车轮动态模型的建立与应用
• 4.1 汽车动力学仿真用轮胎模型概述
• 4.1.1 Magic Formula 模型
• 4.1.2 UniTire 模型
• 4.1.3 Swift 轮胎模型
• 4.2 车轮模型建模方法
• 4.3 车轮内部坐标系定义
• 4.4 车轮动力学模型
• 4.5 胎体动力学模型
• 4.5.1 胎体运动学方程
• 4.5.2 胎体静力学方程
• 4.5.3 胎体动力学方程
• 4.6 轮胎与地面间静、动摩擦状态分离求解模型
• 4.6.1 轮胎纵向和侧向摩擦力的计算
• 4.6.2 轮胎转向摩擦模型
• 4.7 车轮模型建模参数获取方法
• 4.7.1 轮胎力学特性参数获取方法
• 4.7.2 胎体动力学模型参数获取方法
• 4.7.3 轮辋和等效接地印记的质量和惯量
• 4.8 车轮模型在车辆动态仿真中的应用
• 4.8.1 车轮模型在MSC.Adams 中的应用
• 4.8.2 车轮模型在CarSim 中的应用
• 4.9 车轮模型仿真计算实例
• 4.9.1 水平路面停车试验
• 4.9.2 汽车大非线性转向工况仿真
• 4.10 本章小结
• 第五章 制动和悬架模型的建立
• 5.1 制动系统模型的建立
• 5.1.1 制动系统结构
• 5.1.2 制动踏板力—制动管路压力模型
• 5.1.3 制动管路压力—车轮制动力矩模型
• 5.2 悬架模型的建立
• 5.2.1 悬架静力学方程
• 5.2.2 悬架垂直力方程
• 5.2.3 悬架运动学方程
• 5.2.4 悬架模型建模参数获取方法
• 5.3 本章小结
• 第六章 车辆动力学模型仿真计算与试验验证
• 6.1 车辆动力学模型仿真程序框架
• 6.2 车辆动力学模型仿真计算流程
• 6.3 车辆模型实时积分算法
• 6.4 仿真结果分析
• 6.4.1 汽车动力性试验工况
• 6.4.2 汽车制动性试验工况
• 6.4.3 汽车操纵稳定性试验工况
• 6.4.4 汽车特殊工况试验
• 6.5 车辆动力学模型在汽车性能模拟器中的应用
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及从事的科研工作
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT