【摘要】：交通的快速發(fā)展使得車(chē)輛數(shù)量與日俱增,人們享受汽車(chē)帶來(lái)的便利的同時(shí)也因?yàn)檐?chē)輛在行進(jìn)過(guò)程中失去控制而發(fā)生的甩尾、擺振、翻折等交通事故造成生命的傷害和財(cái)產(chǎn)的損失,因此車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性控制是目前行業(yè)內(nèi)比較關(guān)心的研究方向。本文從車(chē)輛與路面接觸的媒介——輪胎入手,通過(guò)吉林大學(xué)汽車(chē)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室的現(xiàn)有試驗(yàn)條件,針對(duì)車(chē)輛在行駛時(shí)施加在輪胎上載荷質(zhì)量變化頻繁的現(xiàn)象,研究了一整套基于輪胎智能化的車(chē)輛穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)和控制算法,在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上,建立了準(zhǔn)確的輪胎有限元模型并對(duì)其做了驗(yàn)?zāi)：蛥?shù)測(cè)試仿真試驗(yàn),并以此模型為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了可以進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的輪胎力學(xué)智能檢測(cè)裝置。以建立的多自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型為參考,基于智能輪胎系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了優(yōu)化的ESP以及MPC穩(wěn)定性控制策略,并通過(guò)軟件仿真、硬件在環(huán)試驗(yàn)和測(cè)試試驗(yàn)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)來(lái)驗(yàn)證控制策略。本文的主要內(nèi)容如下:根據(jù)載荷質(zhì)量大且力學(xué)變化復(fù)雜的輪胎在行進(jìn)中的基本狀況,建立了輪胎的有限元模型;對(duì)模型進(jìn)行了接地印跡驗(yàn)?zāi)：透鲃偠燃稗D(zhuǎn)向的試驗(yàn)仿真,證實(shí)了輪胎模型能達(dá)到后續(xù)研究的需求的準(zhǔn)確度;并分析輪胎有限元模型在各個(gè)穩(wěn)態(tài)工況的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì),總結(jié)輪胎內(nèi)部形變與輪胎受力之間的關(guān)系規(guī)律,為后續(xù)輪胎的智能化改造做理論基礎(chǔ)。在對(duì)模型的更精細(xì)的擬合基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了輪胎力學(xué)智能檢測(cè)裝置。在不改變輪胎內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的前提下,在輪轂上安裝傳感器和采集裝置,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了輪胎力學(xué)智能檢測(cè)系統(tǒng),使用MATLAB將通過(guò)攝像頭對(duì)輪胎標(biāo)記區(qū)形變采集的視頻進(jìn)行處理,提取標(biāo)記點(diǎn)位移數(shù)據(jù)并通過(guò)形變與輪胎受力的關(guān)系計(jì)算得到實(shí)時(shí)的輪胎力。智能輪胎系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于輪胎力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并完成了Ftire仿真與智能輪胎系統(tǒng)的擬合驗(yàn)證。系統(tǒng)可以直接采集數(shù)據(jù)應(yīng)用到車(chē)輛穩(wěn)定性研究中。該輪胎智能化改造的系統(tǒng)將對(duì)后續(xù)的穩(wěn)定性研究起到很好的幫助作用。接下來(lái)建立帶有輪胎的七自由度車(chē)輛模型,通過(guò)智能輪胎系統(tǒng)直接檢測(cè)的輪胎力數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化計(jì)算得到的ESP附加橫擺力矩,并且通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)的縱向力進(jìn)行反饋輸入來(lái)調(diào)節(jié)ESP制動(dòng)力分配過(guò)程。通過(guò)ESP軟件仿真試驗(yàn)和實(shí)車(chē)硬件在環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)分析比對(duì)智能輪胎系統(tǒng)對(duì)ESP的優(yōu)化效果。最后根據(jù)車(chē)輛穩(wěn)定性的控制需求進(jìn)行了MPC的研究,分別建立適用的常規(guī)模型預(yù)測(cè)控制的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)和帶有智能輪胎系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,然后推導(dǎo)出模型運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式,提出了一個(gè)模型預(yù)測(cè)控制策略,接著按照MPC的要求應(yīng)用車(chē)輛轉(zhuǎn)彎的路徑跟隨控制并定義了一個(gè)預(yù)定路徑和實(shí)際路徑的距離的成本函數(shù),通過(guò)牛頓迭代法和黃金分割理論來(lái)尋找模型收斂最小成本值的控制算法,通過(guò)控制算法的模型仿真結(jié)果來(lái)對(duì)比帶有智能輪胎的動(dòng)力學(xué)模型和常規(guī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的路徑跟隨效果。接下來(lái)將該算法應(yīng)用在一個(gè)試驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試試驗(yàn)來(lái)觀測(cè)控制器對(duì)模型誤差進(jìn)行怎樣的響應(yīng),經(jīng)過(guò)調(diào)整預(yù)測(cè)點(diǎn)加權(quán)比例系數(shù),并測(cè)試不同預(yù)測(cè)范圍下控制策略的效果,最終得到基于MPC的車(chē)輛控制算法以及帶有智能輪胎系統(tǒng)對(duì)控制算法的優(yōu)化效果。通過(guò)以上工作,本文的創(chuàng)新性成果在于:(1)針對(duì)輪胎智能化的需要建立了完善的輪胎有限元模型,模型擬合結(jié)果能達(dá)到很高精度,并進(jìn)行了各個(gè)穩(wěn)態(tài)工況試驗(yàn)仿真,建立輪胎形變與輪胎力的關(guān)系,使得模型不僅可以應(yīng)用于智能輪胎系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和研制也能完成整車(chē)各工況動(dòng)力學(xué)仿真。(2)根據(jù)車(chē)輛穩(wěn)定性研究的需求開(kāi)發(fā)制造了輪胎力學(xué)智能檢測(cè)系統(tǒng),該智能輪胎結(jié)構(gòu)在不影響運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上能夠完成對(duì)于輪胎力的實(shí)時(shí)測(cè)量,在車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中輪胎的滑移、轉(zhuǎn)偏時(shí)力的變化都能被實(shí)時(shí)采集,這些數(shù)據(jù)對(duì)于車(chē)輛穩(wěn)定性研究有很大幫助。(3)根據(jù)智能輪胎系統(tǒng)建立整車(chē)七自由度參考模型。研究出帶有輪胎力的ESP控制策略,根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)出更接近實(shí)際車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的附加橫擺力矩算法并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的縱向力使制動(dòng)力矩分配的效率更高,最終開(kāi)發(fā)出一套基于智能輪胎系統(tǒng)的優(yōu)化ESP系統(tǒng)。(4)利用建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,使用牛頓迭代法和黃金分割算法尋找MPC成本函數(shù)的最優(yōu)解,并根據(jù)智能輪胎系統(tǒng)可將側(cè)偏角作為初始輸入的特點(diǎn)進(jìn)行了兩種模型算法的仿真試驗(yàn),使得帶有智能輪胎系統(tǒng)的車(chē)輛MPC控制算法具有更好的收斂性。對(duì)于預(yù)測(cè)點(diǎn)使用加權(quán)的方式并分別討論了不同預(yù)測(cè)長(zhǎng)度下算法的優(yōu)化,使得通過(guò)智能輪胎系統(tǒng)優(yōu)化后在實(shí)車(chē)測(cè)試中控制效果更加明顯。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U463.6
【圖文】：

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和工程技術(shù)的飛速發(fā)展極大地推動(dòng)了城市交建設(shè)。2015 年末，全國(guó)城市道路里程和高速公路里程分12 萬(wàn)公里[1]。日常生活需求增加和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展高，汽車(chē)數(shù)量的與日俱增也導(dǎo)致安全隱患增加。(a)貨車(chē)側(cè)翻事故

提供高精度的有效理論依據(jù)。為了便于后續(xù)智能輪胎系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),本章將建立與智能輪胎試驗(yàn)樣胎相同型號(hào)的輪胎有限元模型。2.1 輪胎結(jié)構(gòu)有限元建模建立輪胎模型首先需要設(shè)定縱溝模型。所需的輪輞根據(jù) GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 規(guī)格。建模過(guò)程分為以下 3 步：（1）進(jìn)行網(wǎng)格劃分。截面結(jié)構(gòu)分布如圖 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注釋?zhuān)瑢?dǎo)出文件為.dxf，然后導(dǎo)入 HYPERMESH 軟件中進(jìn)行幾何清除、網(wǎng)格劃分、檢測(cè)和修正等，得到二維半截面的網(wǎng)格模型，如圖 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，將半截面網(wǎng)格模型對(duì)稱鏡像生成完整的截面模型，如圖 2.3 所示。

提供高精度的有效理論依據(jù)。為了便于后續(xù)智能輪胎系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),本章將建立與智能輪胎試驗(yàn)樣胎相同型號(hào)的輪胎有限元模型。2.1 輪胎結(jié)構(gòu)有限元建模建立輪胎模型首先需要設(shè)定縱溝模型。所需的輪輞根據(jù) GB/T 3487-1996 使用 7.5J 18 規(guī)格。建模過(guò)程分為以下 3 步：（1）進(jìn)行網(wǎng)格劃分。截面結(jié)構(gòu)分布如圖 2.1 表示，使用 AutoCAD 消除尺寸和注釋?zhuān)瑢?dǎo)出文件為.dxf，然后導(dǎo)入 HYPERMESH 軟件中進(jìn)行幾何清除、網(wǎng)格劃分、檢測(cè)和修正等，得到二維半截面的網(wǎng)格模型，如圖 2.2 所示。（2）使用 HYPERMESH 的 REFLECT 命令符，將半截面網(wǎng)格模型對(duì)稱鏡像生成完整的截面模型，如圖 2.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 賀宜;褚端峰;吳超仲;嚴(yán)新平;;基于MPC的大型車(chē)輛防側(cè)翻控制方法[J];交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息;2015年03期

2 劉啟佳;陳思忠;;基于LQR的四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)控制方法[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年11期

3 王前;楊志堅(jiān);丁康;;基于新自適應(yīng)差分進(jìn)化算法的Magic Formula輪胎模型參數(shù)辨識(shí)方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年06期

4 于蕾艷;

本文編號(hào)：2779403