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原文传递车辆稳定性随机过程相平面分析与控制

论文题名：	车辆稳定性随机过程相平面分析与控制
关键词：	汽车轮胎;参数随机性;行驶稳定性;极限工况
摘要：	频繁发生的车辆交通事故已经成为威胁人类生命安全的重大隐患之一,因此研究有助于提高行驶安全性的车辆稳定性技术是目前车辆领域的重点研究方向之一.以往的车辆稳定性研究常采用车辆理想模型,假设车辆参数在车辆行驶时不会发生变化.但在车辆实际行驶中,由于复杂的交通环境和行驶工况以及制造工艺误差等不确定性因素影响下,车辆参数会发生不确定性变化,特别是轮胎参数.当轮胎参数存在不确定性时,会使得轮胎力学特性难以准确估计,同时整车特性会在一定范围内随机分布.在极限工况下,当轮胎参数存在随机性时,传统稳定性控制器可能会导致车辆跨过临界稳定状态,出现失稳现象,无法保证车辆行驶安全性. 　　为了解决这一问题,本文提出了一种考虑轮胎参数和稳定边界随机性的稳定性控制方案,以提高车辆的安全性.首先,利用广义混沌多项式方法对轮胎参数随机性进行数学表达,建立随机轮胎模型和十四自由度车辆模型,分析了车辆参数随机性对整车行驶稳定性的影响;其次,分析车速Vx、前轮转角δ、摩擦系数μ及轮胎参数随机性对质心侧偏角-质心侧偏角速度(β?β)相平面稳定边界的影响,得到考虑轮胎参数随机性的稳定边界带,并根据车辆状态在相图上相对于边界带的位置和车辆状态的运动趋势设计稳定性指标;然后,基于稳定性指标和模型预测控制结构设计稳定控制器来跟踪二自由度车辆模型期望状态和限制轮胎滑移率,以提高车辆在极限工况下的行驶稳定性;最后,仿真结果表明,所提出的车辆稳定性控制算法对轮胎参数的不确定性具有良好的鲁棒性,能增强极限工况下存在参数随机性的车辆的行驶稳定性.具体研究内容如下: 　　(1)轮胎参数不确定性表达与随机轮胎模型建立.通过对高速轮胎试验台和橡胶摩擦试验台的试验数据的分析,获得轮胎参数的随机性分布特性;根据广义混沌多项式理论,得到了摩擦系数和侧偏刚度不确定性的数学表达式,将其引入UniTire轮胎模型建立考虑参数随机性的随机轮胎模型;仿真结果表明,轮胎参数随机性会使得轮胎的力学性能存在不确定性现象,尤其当轮胎工作于非线性区时,轮胎力随机性分布范围较广. 　　(2)考虑参数随机性的整车稳定性分析.在随机UniTire轮胎模型的基础上,建立考虑轮胎参数随机性的十四自由度整车模型,模拟仿真整车在不同的极限工况下的状态随机性;仿真结果表明,用于表征车辆稳定性的相关指标也在一定范围内随机分布,可知轮胎力学特性随机性最终会呈现在整车的性能上,极限工况下处于临界稳定的车辆有可能会失去稳定性. 　　(3)相平面稳定性分析.利用UniTire轮胎模型和非线性二自由度车辆模型绘制β?(β)相平面,分析前轮转角、车速、摩擦系数及轮胎参数随机性对β?(β)相平面稳定域边界的影响,提出相平面的稳定边界过渡带,基于此设计车辆行驶时的稳定裕度指标. 　　(4)车辆稳定性控制.基于相图稳定边界过渡带和模型预测控制结构设计稳定性控制算法,以提高车辆稳定性对轮胎参数随机性的鲁棒性,提高汽车行驶安全性.仿真结果表明,本文所提出的考虑参数随机性的车辆稳定性控制算法能增强极限工况下车辆的行驶稳定性,而忽略参数随机性可能会导致车辆由临界状态进入失稳状态,车辆行驶安全无法得到保证.
作者：	许家孟
专业：	车辆工程
导师：	许男
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022