汽车主动横向稳定杆设计及控制策略研究

作     者：陈志韬 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭孔辉;章新杰

授予年度：2016年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：主动横向稳定杆 侧倾稳定性 线性二次最优控制 车辆动力学 控制策略 

摘      要：为满足地面运载工具舒适、稳定、安全的需求,企业和研究机构一直致力于提升汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性。汽车的侧倾对整车性能影响显著。因此,能够在兼顾行驶平顺性的前提下,通过提供抗侧倾力矩来提升车辆侧倾稳定性的主动横向稳定杆,成为当前的研究热点。主动横向稳定杆能够根据车辆的行驶状态和车身姿态,实时地调整车身侧倾角,以提高车辆的操纵稳定性和安全性。目前,国外少数车辆上安装有主动横向稳定杆,但其常见作动器结构复杂、体积较大、布置空间需求大。因此,本文提出了一种结构紧凑、易布置、通用性好的新型主动横向稳定杆;设计并试制了主动横向稳定杆样机;仿真分析了其控制策略,并验证了其对车身侧倾的作用效果。本文的主要工作和结论如下：1)理想侧倾角变化曲线的获取;首先,分别对简化的刚性悬架车辆模型和柔性悬架车辆模型进行侧倾力学分析,得到两种模型达到侧翻极限时对应的侧向加速度;然后,根据被动悬架在不同侧倾角刚度下车身侧倾角随侧向加速度的变化曲线以及驾乘人员对侧翻危险的感知,得到随侧向加速度变化的理想车身侧倾角曲线。2)理想主动横向稳定杆对车辆性能的影响规律;首先,提出了新型的双通道电控式主动横向稳定杆结构,并阐明其工作原理;随后,通过对车辆动力学分析,建立其三自由度操稳模型,并比对操稳试验数据进行验证;最后,运用线性二次最优方法控制抗侧倾力矩,得到主动横向稳定杆对车身侧倾角理想控制效果,并分析控制矩阵对控制效果及力矩输出的影响。3)实际主动横向稳定杆的控制效果;首先,建立稳定杆有限元模型进行仿真分析,以及对其它部件的外特性进行数学表达,搭建主动横向稳定杆模型;然后,基于三自由度操稳模型,调整线性二次控制矩阵,仿真得到电动推杆充分发挥时的控制效果。4)主动横向稳定杆控制策略研究。运用TruckSim建立整车模型;利用TurckSim和Simulink联合仿真的手段分析开环控制和闭环控制两种策略;对比两种控制策略的效果和抗侧倾力矩输出,总结两种控制方法的特点。