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基于直接横摆力矩控制的高速车辆侧风稳定性研究
| 论文题名： | 基于直接横摆力矩控制的高速车辆侧风稳定性研究 |
| 关键词： | 高速车辆;侧风稳定性;汽车空气动力学;直接横摆力矩控制;桥塔环境 |
| 摘要： | 随着山区高速公路和跨海跨江大桥的大量修建，汽车的侧风稳定性问题逐渐引起人们的重视。高速汽车遭遇强侧风时，若驾驶员没有及时反应或者反应过度，极易发生事故。因此，研究高速汽车的侧风稳定性控制具有非常重要的现实意义。 本文提出了可对高速汽车进行直接横摆力矩控制（DYC）的计算流体力学-多体动力学（CFD-MBD）双向耦合方法，设计了基于迎风侧前轮制动的DYC控制的侧风稳定性控制策略和基于多轮制动的DYC控制的侧风稳定性控制系统，探究了受控汽车在开阔环境以及桥塔环境下的侧风稳定性改善情况。 首先，建立开阔环境下的汽车空气动力学模型，并通过风洞试验对单车外流场数值模拟进行验证。建立汽车多体动力学模型，提出CFD-MBD双向耦合方法。分别采用单、双向耦合方法对侧风下行驶的高速汽车进行数值模拟，分析在高速汽车侧风稳定性控制研究中采用CFD-MBD双向耦合方法的必要性。 其次，提出可对高速汽车进行直接横摆力矩控制的CFD-MBD双向耦合方法。采用模糊PID理论，设计了基于迎风侧前轮制动的DYC控制的侧风稳定性控制策略，分析了未受控汽车和受控汽车在阶跃侧风下的动力学响应、流场特性。 然后，为进一步改善高速汽车的侧风稳定性，设计了一种基于多轮制动的DYC控制的侧风稳定性控制系统。该系统的上层控制器基于滑模理论计算出侧风干扰下的高速汽车为维持稳定所需的附加横摆力矩，下层控制器将该附加横摆力矩按照一定策略分配至各个车轮，分析了未受控汽车和受控汽车在阶跃侧风下的动力学响应、流场特性。 最后，对高速汽车通过桥塔区域的侧风稳定性控制进行研究。建立了桥塔环境下的汽车空气动力学模型，利用基于多轮制动的DYC控制的侧风稳定性控制系统，分析了未受控汽车和受控汽车在阶跃侧风下的动力学响应、流场特性。 研究结果表明：在该侧风稳定性控制系统的参与下，高速汽车通过开阔区域或者桥塔尾流区域时，阶跃侧风下高速汽车的横摆角和侧向位移大幅减少，汽车的侧风稳定性有明显改善。 |
| 作者： | 梁宝钰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 汪怡平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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