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原文传递小尺度电动车横摆稳定性的人机动力学耦合效应分析

论文题名：	小尺度电动车横摆稳定性的人机动力学耦合效应分析
关键词：	小尺度电动车;横摆稳定性;联合仿真;人机动力学;耦合效应
摘要：	微型电动汽车具有体积小、重量轻、结构简单、制造成本低、节能环保等诸多优点，是未来缓解城市拥堵、环境污染、能源危机的理想交通工具之一。对于重量和大小接近于人体的小尺度电动车，是微型化、轻量化、电动化的融合体，节能环保优势显著。　　随着社会的发展和科技的进步，与汽车操稳性紧密相关的汽车行驶安全性问题受到国内外学者和消费者越来越多的关注。然而，小尺度电动车由于极其轻量化、微型化，在汽车行驶安全性上将产生新的问题需要深入研究，这是因为：与传统汽车相比，小尺度电动车的车身横向、纵向尺寸以及质量都有了极大的缩减，人体和汽车之间的动力学耦合效应就会显现出来，导致乘坐人体的力学特性、乘坐姿态和变动行为将会对汽车行驶的动力学稳定性产生不可忽略的影响。因此，针对横摆动力学而言，研究小尺度电动车的横摆稳定性问题应当充分考虑人-车之间的人机动力学耦合效应。　　为研究人机动力学耦合效应对小尺度电动车横摆稳定性的影响，论文着重开展了以下工作：　　①提出了人-车三自由度横摆动力学“人踩单车模型”，并进行了详细的理论推导。在理论层面上探讨了人机动力学耦合效应对小尺度电动车横摆稳定性的影响。　　②基于多体动力学理论，利用ADAMS/Car专业化环境建立了小尺度电动车动力学仿真模型并开发建立了针对汽车操稳性的驾驶员人体坐姿模型，最后构建成人-车多体动力学系统模型；参照汽车操稳性道路试验的相关理论与方法，设计进行了多项考核汽车操稳性指标的仿真试验以确保整车模型的准确性。　　③基于人机动力学耦合效应与汽车操纵稳定性理论，通过ADAMS/Car与Matlab/Simulink联合仿真对驾驶员坐姿人体进行主动行为模拟控制，对比分析了小尺度电动车在是否虑及人机动力学耦合效应时的横摆动力学响应差异性以考察耦合效应对小尺度电动车横摆稳定性的影响。除此之外，还探讨了部分外界因素对人机动力学耦合效应作用效果的影响。　　分析研究表明：　　①“人踩单车模型”可作为研究虑及人机动力学耦合效应时的汽车横摆特性的简化模型，能从理论上较好地解释人机动力学耦合效应对小尺度电动车横摆特性产生的影响。　　②虑及人机动力学耦合效应后，人体姿态变动对小尺度电动车转向的行驶轨迹产生影响：耦合效应使整车在转弯行驶时轨迹发生偏移，更易造成转向失稳。　　③小尺度电动车中的人机动力学耦合效应延长了横摆响应的响应时间和稳定时间，增加了响应峰值和超调量。然而，耦合效应却滞后了峰值响应时间。当整车质量接近人体时，在同等系统参数情况下，考虑与忽略其耦合效应的车身横摆响应的超调量将相差2-9％。　　④人机动力学耦合效应影响小尺度电动车横摆特性的效果与人体所占整车质量的比重及道路附着系数有关：人体质量一定时，整车质量越小，道路附着系数越低，人机动力学耦合效应对整车横摆特性的影响越显著。　　综上所述，小尺度电动车的横摆稳定性设计及其动力学分析需要充分考虑人体与整车之间的人机动力学耦合效应和相互作用。
作者：	牛成勇
专业：	车辆工程
导师：	舒红宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文