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空气悬架客车的操纵稳定性研究

空气悬架客车的操纵稳定性研究

作者：郭君娥沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,汽车工业发展十分迅速,人们对驾驶安全与乘坐舒适性等方面的要求逐渐提高。悬架系统对于稳定性和舒适性起着决定性作用,传统客车大多使用钢板弹簧悬架,存在承载能力小、吸振效果不好和对路面破坏较大等问题。因此,具有变刚度特... 详细信息

近年来,汽车工业发展十分迅速,人们对驾驶安全与乘坐舒适性等方面的要求逐渐提高。悬架系统对于稳定性和舒适性起着决定性作用,传统客车大多使用钢板弹簧悬架,存在承载能力小、吸振效果不好和对路面破坏较大等问题。因此,具有变刚度特性、良好的减震性能和舒适稳定性能等优点的空气悬架,开始被广泛地应用在轿车、客车中。悬架系统影响着车辆的动力学性能,本文针对空气悬架客车的操纵稳定性进行研究。本文的主要研究内容如下:本文首先分析了空气弹簧与传统的钢板弹簧在结构,刚度特性以及固有频率上的区别。分析空气悬架的主要结构,包括空气弹簧、减振器以及导向机构,针对空气弹簧的变刚度特性和固有频率特性进行分析。通过理论公式推导,结合空气弹簧性能的检测,将空气弹簧与钢板弹簧性能进行比较。分析空气弹簧对车辆操纵稳定性、行驶平顺性以及车辆上其他性能的影响。然后对整个空气悬架系统进行分析,通过分析前、后空气悬架结构以及安装位置,了解空气悬架的工作原理。根据客车的参数,建立客车的动力学模型,进行动力学特性仿真。整车的动力学模型的建立是个复杂过程,可以通过合理的假设,减少模型的自由度,建立客车的单轮模型即二自由度1/4空气悬架模型。还要考虑悬架相关的元件,轮胎模型和路面模型的建立。运用Matlab/simulink进行仿真,将空气悬架和钢板弹簧悬架的车身垂向加速度、悬架动行程和轮胎动载荷三项结果进行比较,结合评价指标分析悬架对整车操稳性的影响。同时,单轮模型里忽略了侧倾问题,于是建立整车的侧倾物理模型以及简化数学模型,进行Matlab求解,分析侧倾角对整车稳定性的影响。最后,通过在动力学仿真软件中建立空气悬架客车模型,研究整车的操纵稳定性,根据国标进行四项指标评价的仿真分析,包括稳态回正、转向回正、转向盘角脉冲输入和蛇行试验。对上述试验进行仿真分析后,通过评价计分值的方法得到空气悬架客车的各项评分,依据评分值分析空气悬架客车的操纵稳定性。

关键词：空气悬架客车操纵稳定性动力学特性仿真

空气悬架客车横向稳定性分析与主动回稳控制研究

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空气悬架客车横向稳定性分析与主动回稳控制研究

作者：陈明江苏大学

学位级别：硕士

客车由于质心较高、轮距相对较窄等结构特点,导致其在高速紧急避撞或湿滑路面转向等极限行驶工况下极易产生横向失稳现象。该现象若不实现准确揭示并进行及时有效的主动回稳控制,最终将会导致客车发生侧翻事故。悬架是研究客车横向运动... 详细信息

客车由于质心较高、轮距相对较窄等结构特点,导致其在高速紧急避撞或湿滑路面转向等极限行驶工况下极易产生横向失稳现象。该现象若不实现准确揭示并进行及时有效的主动回稳控制,最终将会导致客车发生侧翻事故。悬架是研究客车横向运动必须考虑的关键因素之一。随着客车技术的快速发展,装备空气悬架已成为主流趋势,相较于传统悬架,空气悬架能够显著提升客车综合性能,但空气悬架客车的横向运动演化过程与传统悬架客车存在明显差异,系统非线性特征更为明显,横向稳定性分析及主动回稳控制策略研究所面临的难度更大、挑战更高。如何能够在准确构建空气悬架客车横向动力学系统主要部件非线性力学特征的数学模型基础上,实现空气悬架客车横向稳定性分析及其主动回稳控制研究具有重要意义。据此,本文在建立空气悬架客车非线性数学模型基础上,利用中心流形理论、鞍结分岔等非线性动力学分析方法对空气悬架客车横向稳定性进行深入研究,进而通过相关控制理论对空气悬架客车进行横向稳定性控制策略设计,以期为提升客车横向行驶安全性提供一定的理论和技术支持。首先,构建了空气悬架客车横向动力学系统非线性数学模型。结合空气悬架客车的结构特点及系统稳定性分析和控制需求,分别建立了考虑空气弹簧及轮胎非线性力学特性的空气悬架客车三自由度横向稳定性分析模型和八自由度横向稳定性控制模型,主要包括车身纵向运动、横向运动、侧倾运动、横摆运动以及四轮旋转运动等自由度。其次,分析了空气悬架客车转向过程中的分岔特性。基于三自由度模型建立了四维非线性动力学微分系统,利用中心流形理论将高维系统降阶为一维系统,且保证一维系统的稳定性与高维系统拓扑等价。应用分岔理论,推导得出系统随前轮转角变化将发生鞍结分岔的现象。通过设置多种工况进行数值分析,得到空气悬架客车横向稳定性的一般规律。研究结果表明,在系统鞍结分岔过程中,结点将不断接近鞍点,若不采取控制措施,最终结点消失,意味车辆横向动力学行为将失去控制。第三,设计了基于相平面分析的横向稳定性控制策略。对表征鞍结分岔的质心侧偏角-横摆角速度相平面图进行分析,确定了相平面中稳定区域和不稳定区域,进而对稳定域边界进行设计,分析了车速、路面附着系数以及前轮转角对稳定域边界的影响,设计了基于稳定域边界的失稳度函数。以失稳度函数为控制目标,通过非线性终端滑模控制算法进行了直接横摆力矩控制策略设计,计算得到维持车辆横向稳定的直接横摆力矩。针对高附和低附两种路面条件下的阶跃转向工况和正弦转向工况进行了控制仿真验证。研究结果表明,施加横向稳定控制后的客车横摆角速度和质心侧偏角均有明显降低,说明所设计的主动回稳控制策略有效可行。最后,完成了基于转矩分配的横向稳定性控制性能联合仿真验证。为进一步验证控制系统的准确性和控制效果,采用内点法对直接横摆力矩进行了四轮转矩分配,并以此为基础,建立了TruckSim与Simulink联合仿真验证平台,通过多种仿真工况验证了所设计的主动回稳控制系统及转矩分配算法的实际性能。联合仿真结果表明,不同工况下的横摆角速度和质心侧偏角幅值均得到显著降低,整体而言,横摆角速度的峰值降低了8%～17%,质心侧偏角的峰值降低了22%～65%,验证了所设计的空气悬架客车横向主动回稳控制系统的有效性。

关键词：空气悬架客车非线性分析滑模控制横向稳定性联合仿真

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基于虚拟技术的空气悬架客车平顺性仿真分析

现代制造工程 2014年第10期 45-49页

作者：唐学帮陈元华孙永刚桂林航天工业学院桂林541001

以国内某空气悬架客车为研究对象,利用多体动力学软件建立其整车多体动力学仿真模型并进行平顺性仿真分析,所得仿真结果与实车道路试验结果基本吻合,证明仿真模型是可靠的。仿真结果对空气悬架客车的开发与改进具有一定的指导意义。

关键词：虚拟技术空气悬架客车平顺性仿真分析

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应用变刚度横向稳定杆的客车侧倾控制

现代制造工程 2012年第8期 12-16,25页

作者：李俊伟唐应时王为才付建朝柴天湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 东风旅行车有限公司襄樊441004 湖南易通莲花悬架有限公司长沙410137

针对空气悬架客车侧倾稳定性差的特点,建立了含横向稳定杆的车身侧倾数学模型,分析发现增加横向稳定杆角刚度能够有效减小车身侧倾,但同时会增加车身侧倾角振动。为解决这一问题提出了在空气悬架客车上应用变刚度横向稳定杆,并给出了前... 详细信息

针对空气悬架客车侧倾稳定性差的特点,建立了含横向稳定杆的车身侧倾数学模型,分析发现增加横向稳定杆角刚度能够有效减小车身侧倾,但同时会增加车身侧倾角振动。为解决这一问题提出了在空气悬架客车上应用变刚度横向稳定杆,并给出了前、后悬架变刚度横向稳定杆角刚度关系式。利用ADAMS/CAR软件建立某空气悬架客车刚柔混合整车动力学仿真模型,对模型进行了单移线和B级随机路面仿真分析,确定了变刚度横向稳定杆角刚度曲线。仿真结果表明,应用变刚度横向稳定杆,能够在几乎不影响侧倾角振动的前提下,有效控制车身侧倾。

关键词：空气悬架客车变刚度横向稳定杆侧倾角侧倾角振动侧倾控制

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基于虚拟技术的空气悬架汽车的建模及仿真

客车技术与研究 2006年第1期28卷 7-9页

作者：钱德猛陈玲琳合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥230009 安徽工业经济职业技术学院机电系安徽合肥230051

将研究对象分解为多个子系统,设计车辆行驶的路面特性文件和轮胎特性文件,从而建立某型客车的虚拟样机仿真模型,并进行平顺性仿真。最后测试车身上相应位置的加速度值,然后利用编制的计算软件,计算加权加速度均方根值,对于产品的开发与... 详细信息

将研究对象分解为多个子系统,设计车辆行驶的路面特性文件和轮胎特性文件,从而建立某型客车的虚拟样机仿真模型,并进行平顺性仿真。最后测试车身上相应位置的加速度值,然后利用编制的计算软件,计算加权加速度均方根值,对于产品的开发与改进具有一定的指导价值。

关键词：空气悬架客车虚拟样机平顺性仿真分析