【摘要】：交通的快速發(fā)展使得車輛數(shù)量與日俱增,人們享受汽車帶來的便利的同時也因?yàn)檐囕v在行進(jìn)過程中失去控制而發(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。本文從車輛與路面接觸的媒介——輪胎入手,通過吉林大學(xué)汽車國家重點(diǎn)試驗(yàn)室的現(xiàn)有試驗(yàn)條件,針對車輛在行駛時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輛穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)和控制算法,在總結(jié)了國內(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其做了驗(yàn)?zāi)：蛥?shù)測試仿真試驗(yàn),并以此模型為基礎(chǔ)開發(fā)了可以進(jìn)行實(shí)時測量的輪胎力學(xué)智能檢測裝置。以建立的多自由度運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型為參考,基于智能輪胎系統(tǒng)開發(fā)了優(yōu)化的ESP以及MPC穩(wěn)定性控制策略,并通過軟件仿真、硬件在環(huán)試驗(yàn)和測試試驗(yàn)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對來驗(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穩(wěn)態(tài)工況的運(yùn)動狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化趨勢,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)。在對模型的更精細(xì)的擬合基礎(chǔ)上,開發(fā)了輪胎力學(xué)智能檢測裝置。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)開發(fā)了輪胎力學(xué)智能檢測系統(tǒng),使用MATLAB將通過攝像頭對輪胎標(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)并通過形變與輪胎受力的關(guān)系計(jì)算得到實(shí)時的輪胎力。智能輪胎系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對于輪胎力的實(shí)時監(jiān)測,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)用到車輛穩(wěn)定性研究中。該輪胎智能化改造的系統(tǒng)將對后續(xù)的穩(wěn)定性研究起到很好的幫助作用。接下來建立帶有輪胎的七自由度車輛模型,通過智能輪胎系統(tǒng)直接檢測的輪胎力數(shù)據(jù)來優(yōu)化計(jì)算得到的ESP附加橫擺力矩,并且通過實(shí)時檢測的縱向力進(jìn)行反饋輸入來調(diào)節(jié)ESP制動力分配過程。通過ESP軟件仿真試驗(yàn)和實(shí)車硬件在環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果來分析比對智能輪胎系統(tǒng)對ESP的優(yōu)化效果。最后根據(jù)車輛穩(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)測控制的車輛運(yùn)動學(xué)和帶有智能輪胎系統(tǒng)的動力學(xué)模型,然后推導(dǎo)出模型運(yùn)動參數(shù)和運(yùn)動力學(xué)表達(dá)式,提出了一個模型預(yù)測控制策略,接著按照MPC的要求應(yīng)用車輛轉(zhuǎn)彎的路徑跟隨控制并定義了一個預(yù)定路徑和實(shí)際路徑的距離的成本函數(shù),通過牛頓迭代法和黃金分割理論來尋找模型收斂最小成本值的控制算法,通過控制算法的模型仿真結(jié)果來對比帶有智能輪胎的動力學(xué)模型和常規(guī)的運(yùn)動學(xué)模型的路徑跟隨效果。接下來將該算法應(yīng)用在一個試驗(yàn)車上進(jìn)行實(shí)車測試試驗(yàn)來觀測控制器對模型誤差進(jìn)行怎樣的響應(yīng),經(jīng)過調(diào)整預(yù)測點(diǎn)加權(quán)比例系數(shù),并測試不同預(yù)測范圍下控制策略的效果,最終得到基于MPC的車輛控制算法以及帶有智能輪胎系統(tǒng)對控制算法的優(yōu)化效果。通過以上工作,本文的創(chuàng)新性成果在于:(1)針對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)開發(fā)和研制也能完成整車各工況動力學(xué)仿真。(2)根據(jù)車輛穩(wěn)定性研究的需求開發(fā)制造了輪胎力學(xué)智能檢測系統(tǒng),該智能輪胎結(jié)構(gòu)在不影響運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上能夠完成對于輪胎力的實(shí)時測量,在車輛轉(zhuǎn)向過程中輪胎的滑移、轉(zhuǎn)偏時力的變化都能被實(shí)時采集,這些數(shù)據(jù)對于車輛穩(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)動方程推導(dǎo)出更接近實(shí)際車輛運(yùn)動狀態(tài)的附加橫擺力矩算法并根據(jù)實(shí)時檢測的縱向力使制動力矩分配的效率更高,最終開發(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)動學(xué)和動力學(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)的車輛MPC控制算法具有更好的收斂性。對于預(yù)測點(diǎn)使用加權(quán)的方式并分別討論了不同預(yù)測長度下算法的優(yōu)化,使得通過智能輪胎系統(tǒng)優(yōu)化后在實(shí)車測試中控制效果更加明顯。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6
【圖文】：

汽車產(chǎn)業(yè)和工程技術(shù)的飛速發(fā)展極大地推動了城市交建設(shè)。2015 年末，全國城市道路里程和高速公路里程分12 萬公里[1]。日常生活需求增加和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展高，汽車數(shù)量的與日俱增也導(dǎo)致安全隱患增加。(a)貨車側(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)的開發(fā),本章將建立與智能輪胎試驗(yàn)樣胎相同型號的輪胎有限元模型。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，導(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)的開發(fā),本章將建立與智能輪胎試驗(yàn)樣胎相同型號的輪胎有限元模型。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，導(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)辨識方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年06期

4 于蕾艷;

本文編號：2779403