基于协同学的车辆转向稳定性分析方法.pdf

___________________________________________________________________________ 基于协同学的车辆转向稳定性分析方法 毛振勇，施树明 吉林大学交通学院 长春 130025 摘要：利用协同学的相关原理，对车辆转向系统的非线性特征及其稳定性特征进行研究，并根据系统特点 建立系统的势能函数方程，进而确定系统势能与序参量的关系，为确定车辆转向运动收敛区域、获得转向 稳定性定量判据提供依据。 关键词：车辆;转向稳定性；动力学；协同学；系统仿真 来了更大的求解困难。 1 前言 因此，本文依据协同学理论，尝试建立系 统的势能函数方程，确定系统势能与序参量的 汽车的转向稳定性是影响其主动安全性的 关系。 主要性能之一。因此，如何控制汽车的转向稳 定性、获得良好的主动安全性是当前汽车底盘 2 势函数建立 控制领域的重要研究课题。 根据车辆系统的动力学模型和协同学理论 由于轮胎力的严重非线性以及转向系统的 [6][7] 分析，车辆转向系统可以抽象为一个弹簧阻 游隙以及迟滞作用等系统非线性因素的影响， 尼系统，其中弹簧力体现为车辆所受的侧向力， 使得分析车辆转向稳定性的工作非常困难。相 其特性呈非线性；阻尼力则体现为车辆所受到 平面分析方法对于解释试验现象、进行定性分 的侧向风阻。 析和评价显示了很好的效果。如Sacks 在 1977 年提出的横摆角速度相平面[1]，Pacejka 于1979 利用这种方法我们就可以大大的简化车辆 年提出的前、后侧偏角相平面[2]，Inagaki 在 转向系统的复杂程度，并可以直接应用弹簧阻 1994 年提出的侧偏角—侧偏角变化率相平面等 尼系统的有关理论和结果，从而更加直接、方 对汽车在各种初始条件下的运动特性，分析了 便地得出车辆转向系统的相关特性，以及系统 转向运动收敛区域[3][4]。郭孔辉院士在 1984 年 的势能函数方程。 曾提出用转弯动能与前进动能之比能量相平面 法评价转向性能[5] 。同时，国外的一些研究机 在力F0 的作用下，质量为m 的物体速度变 构和汽车公司也相继研制出一些可以克服车辆 化遵守牛顿方程 转向不足或过度转向、避免侧滑的装置来保障 车辆的稳定行驶。Inagaki 的侧偏角-侧偏角变化 dv m F （2.1） 率相平面法成为电子稳定性程序(ESP)分析、设 dt 0 计的主要依据。 而力F0 由驱动力F 和与速度成正比的阻尼力 虽然 Inagaki 的相平面分析方法对于解释 试验现象、进行定性分析，显示了很好的效果， 所组成，即 但由于在数学中，相平面上两条趋势线的接近 程度判断是非常困难的，因此也就很难在车辆 F0 →F −γ ×v （2.2） 控制过程中实际判断分析，从而给实际应用带 吉林