影响车辆动态运动的前悬挂的外倾角的控制

1 影响车辆动态运动的前悬挂的外倾角的控制影响车辆动态运动的前悬挂的外倾角的控制 摘要摘要 本文提出了一种新的电子外倾角的悬挂装置 其中悬架几何结构 而不是刹 车 驾驶扭矩被控制来提高转弯性能 新的外倾角机制提供了双横臂式悬架 车辆模型被用来建立用于所述外倾角机构的控制策略 引用的偏航率导出以使 控制输入 要开展全车的控制仿真 使用了 ADAMS Car 和 MATLAB Simulink 鱼钩模拟的结果表明 该机制减少了外倾角的产生和降低外倾推力 这使得车辆移动相当容易 单变道仿真表明外倾角这一变化很小而且它有助于 提高短转弯和快速直线前进的能力 关键词关键词 车辆动力学 电子主动悬架 外倾角 处理性能 1 介绍介绍 发动机 轮胎 和悬浮是决定该车辆性能的重要组成部分 最近几年 关 于车辆运行状态的信息是通过收集电子控制单元 ECU 使车辆克服危险的 情况下通过适当的控制逻辑 Bong et al 1 已经研究了智能扭矩分配控制的四 轮驱动车 Song et al 2 进行电子稳定程序的性能评价 ESP 用于在拐角处 提高横向稳定性系统 Zhange et al 3 中使用的定量反馈理论开发主动前轮转向 系统 AFS 该电子稳定控制系统 ESC 给出了车辆的横向稳定性通过各 独立的控制严格的条件制动 ESC 给出了苛刻的条件和良好的性能低摩擦路面 的条件 但在速度降低 并且操作过程中的舒适度降低 连续阻尼控制中心 CDC 使用半阻尼系统 提高了骑行的能力 但在路况不佳时对横摆率控制 影响不大 4 车辆行为的要求与轮胎性能也变得复杂 轮胎制造商应为每一个 新的汽车制定独家轮胎由于悬浮的特征 因为诸如弯度角和前束角这些悬浮特 性有在轮胎比对而导致轮胎的损耗约束的潜力 而车辆转弯时 侧向力使用 横向加速度随之增加侧倾角 外倾角倾斜往外部的方向 这减少侧向力 并最 终限制轮胎性能为好 如果外倾角直接控制 该车辆可以使大部分的轮胎潜力 这是基本的可变弯度原则 最大限度地提高汽车的概念的操控性能 如果在激 活的外倾角悬浮机制的情况下 该处理性能可以增强速度不像 ESC 的损失 Isao et al 5 提出了一种可变弯度悬架模型以提高车辆的操控性能 他们建 议的双关节式悬架是无法控制算法可变弯度停牌 在这项研究中 我们开发了一种新的活动外倾角悬挂机制称为 汽车模型 它控制外倾角前悬架的角度 要验证活动的外倾角悬挂机制 要实施鱼钩和 单变道模拟的方式 ADAMS 汽车项目的使用来进行整车仿真 自行车模型 2 被用来使控制算法 ADAMS 控制仿真在 MATLAB SIMUlink 进行链接环境 本文的结构如下 第 2 节提出并描述了一种新的电子外倾角悬架机构 控 制算法外倾角几何显示在本节 3 全车模拟在第 4 节进行说明 最后 结论在 5 部分呈现 3 图 1 生成外倾角的概念 图 2 齿条 小齿轮型的活性外倾角机理 图 3 活动外倾角悬挂采用齿轮组 2 活动外倾角悬挂活动外倾角悬挂 当连接机架和上控制点臂移动沿着纵向方向也就是车辆的移动方向 所述 外倾角为生成图 1 在建议的机制中 许多齿轮用于制造平移位移随着生长方 向 如图中 3 所示 旋转致动时器旋转 在上臂的举动在纵向两个环节方向移 动 然后上臂倾斜到机箱和外倾角产生 悬浮类型是双横臂式 并且上控制臂 被更正为使由旋转电机带动的活性外倾角的角度 运动学前悬挂采用可变弯度 暂停图示于图 4 前悬的自由度列于表 1 中所提出的电子外倾角悬架机构有 3 个 D O F 如凹凸 反弹 转向角和外倾角 变量的概念外倾角控制示于图 5 转 向车轮角度和车速传送到 ECU 来计算正确的外倾角 然后 制动器操作来使可 变外倾角 表一自由度的计算 坐标15 bodies x 6 coords body 90 coords 4 spherical x 3 const joint 12 coords 3 translationalx5 const joint 15 coords 7 revolute x 5 const joint 35 coords 4 3 universal x 4 const joint 12 coords 7 coupler x 1 const joint 7 coords 限制 1 ground x 6 const joint 6 coords DOF 3DOF 5 图 4 动力学图片 图 5 外倾角控制原理 3 控制算法主动外倾角控制算法主动外倾角 3 1 车辆模型车辆模型 在 2 自由度线性模型代表了侧向简单且准确地将车辆的运动 图 6 显示出 2 自 由度线性车辆模型 如果纵向轮胎力被忽略 而纵向速度是恒定的 该系统方 程如下 6 mvx 2Fyf 2Fyx 1 Iz 2IfF f 2Iy 2Iyx 2 线性化车辆系统中 如果所述滑移角小 则横向轮胎力可以表示为方程 3 F yf Cf f F Cf f 3 图 6 车辆模型 前后悬架的滑移角可表示如下 6 x x v lr v lr ff 4 这些公式最终代表如下 fBXAX 6 7 xz fxf x x fxf x vl ClCl vm l ClCl vm A ff 2 ff 2 C2 C 1 2 C2 C 2 7 2 z ff x f I C2l vm 2C B X 8 3 2 引用偏航率和控制策略估算引用偏航率和控制策略估算 在车辆模型中 当车辆行驶在稳态状态转弯 引用的横摆率可以计算为式 10 通过施加稳态条件如等式 9 状态方程 00 9 f x x f ff l v v CC CvlvCl 2 2 vxf 2l m 1 1 10 当前引用的当前速度和转向角模型被用来计算所引用的横摆率 7 因为引 用的横摆率的估计方程的计算方法是忽略了道路状况 引用的横摆率是在高摩 擦状态的道路上计算的 但是 在低摩擦状态下 当被引用的横摆率超过横向 加速度的极限时 横摆率中的最大横向加速度被设定为最大横摆引用率 8 图 7 外倾角控制策略 图 8 整车模型 图 7 表示外倾角控制策略 被引用从横摆率和转向角传感器的信号的横摆率 被计算 所引用的横摆率与车辆横摆率进行比较 控制输入成比例的误差是施 加到有源外倾角机理 9 4 整车模拟整车模拟 4 1Fishhook 模拟模拟 图 8 表示出了完整的汽车模型 前悬架是有主动外倾的双横臂式机构和后悬 挂的是双叉骨类型 ADAMS 用户模板是用来做变量外倾角悬挂在 ADAMS 汽 车模型 总的自由度为 25 在这项研究中 鱼钩和单变线的测试被执行 鱼钩试验用于评估的翻转稳 定性 车辆启动在 35 50 的入口速度英里每小时 并通过快速的转向输入给出 270 然后通过快速转向输入在相反方向进行与 540 如图 9 图 10 表示在所 使用的转向角输入这项研究中 车辆速度为 70 公里 小时 转向角速度分别是 600 度 秒和 750 度 秒 图 11 表示的轨迹和上部分显示了弹道失控的汽车 当车辆不具有控制外倾 角 车辆漂移 因为它失去其稳定性 受控车有外倾角小于非控制汽车模型 如图 13 和 14 图 9 鱼钩检验规则 NHTSA 图 10 鱼钩转向输入 图 11 车的轨迹 10 图 12 车的路线 图 13 在鱼钩左轮的外倾角 这个研究中 初始前外倾角为 0 5 当转向输入被施加于前轮 负载转移 发生 和转弯外轮具有负外倾角和内轮具有正外倾角 然后 转弯力增大 由 于外倾推力 在这种情况下受控车 外倾角产生也减少和外倾横向推力减小 这使得车辆的移动相当容易 11 控制汽车的横摆率显示了稳定的趋势 但非控制车显示了漂移出运动 如 图 15 所示 因此 非控制的汽车侧滑角迅速增加如图 16 侧倾角和横控制汽 车的加速度小于非受控较小汽车 表 1 列出了最大和最小的偏航值率 侧倾角 和横向加速度控制和非控制汽车 注意横摆率之间的差控制 并且非控制是最 大的 图 14 鱼钩处右轮的外倾角 图 15 鱼钩处车的偏航率 表 2 最大和最小的横摆率 侧倾角 横加速关合作在鱼钩模拟 非控情况下 控制情况下 组件 最大值 最小值 最大值 最小值 偏航 度 秒 58 72 26 92 28 22 19 26 旋转 度 3 76 4 56 2 60 3 91 Lat Acc g 0 85 1 00 0 61 0 89 图 16 鱼钩处汽车侧滑角 图 17 鱼钩处汽车的旋转角 12 图 18 鱼钩处汽车横向加速度 图 19 转向输入单行道变化 13 图 20 单行道变化的轨迹 图 21 汽车路线在单巷变化的模拟 根据上述结果 在非控制汽车的情况下 当鱼钩输入被施加到转向系统 该偏航率和侧滑角增加和不稳定性的增加 4 2 单变道仿真单变道仿真 单个车道变换试验用于评估避免障碍的表现 在这项研究中 速度是 60 公 里 小时和转向角的 180 度在 2 秒被应用 图 19 表示转向角输入 图 20 和 21 示出了车的轨迹和路径 图 22 和 23 分别显示了外倾角的受控之间的比较和左 右轮在非控制汽车单变线的模拟 根据上述结果 在受控车的情况下 外倾角 的变化是小的 它有助于短过弯和快速的直线前进的能力 图 24 27 显示偏航 率 侧滑垂钓者 侧倾角和横向加速度 表 3 列出了最大和最小横摆率 侧倾 角 和横向加速度 表 3 最大和最小的横摆率 侧倾角 横加速在单变线的模拟 非控情况下 控制情况下组件 最大值 最小值 最大值 最小值 偏航 度 秒 35 68 35 19 26 24 26 11 旋转 度 4 02 4 08 3 13 3 12 Lat Acc g 0 90 0 92 0 72 073 14 图 22 左车轮的外倾角单行道的变化 图 23 对车轮的外倾角单行道的变化 15 图 24 车的偏航率在单车道变化 图 25 汽车的单车道变侧滑角 图 26 汽车的单车道改变侧倾角 图 27 横向加速度在单车道的变化 控制汽车的横摆率显示了小幅度图如图 24 因此 侧滑角如图 25 所示的 最小值 请注意 侧倾角和控制汽车的横向加速度具有小于非控制汽车 表 2 列出了最大和最小的横摆率 侧倾角和反对的横向加速度值受控和非受控的汽 车的控制峰值车小且其差别是约 20 5 结论结论 本研究开发了一种其控制前悬架的外倾角名为车辆新模型机制 悬架几何 结构 而不是刹车或驱动力矩被控制以提高转弯性能 鱼钩模拟和单变道仿真 结果证实的是 当汽车模型 用于控制外倾角而被使用时 外倾角产生降低并 且外倾横向推力减小 此外 外倾角的小改变角度有助于短期过弯和快速的直 前锋的能力 这使得车辆的举动直线前进容易 所提出的自行车模型启用了遥 控车通过提高偏航系统来表现出比被动车更好的效果 横向加速度和动态行为 经过数次额外的测试 有可能使用于所提出的机器人 甚至在真正的汽车上 16 鸣谢鸣谢 这项工作是由 人力资源人员开发支持发展中心经济区主导产业 亲拍摄对 象 教育部 科学技术部 MEST 和韩国国家研究基金会 NRF 名词解释名词解释 车体滑移角度 rad 横摆率 rad s Fy 车轮的侧向力 N Fx 车轮纵向力 N f 在前轮转向角 rad lf C O G 和前轴之间的距离 m L C O G 和后轴之间的距离 m L 轴距 l lf lr m Cf 转弯前轮的刚度 N m C 后轮侧偏刚度 N M x 纵向速度 m s y 横向速度 m s 参考文献参考文献 1 W J Bong Y K Kim and H C Lee AWD vehicle simula tion with the intelligent torque split control strategy for im proving traction and handling performance Transaction Ko rean Society of Automotive Engineers Korea 6 2 2007 841 850 2 J H Song and K S Boo Development and performanceevaluation of ESP systems for enhancing the lateral stabilityduring cornering Transaction Korean 17 Society of AutomotiveEngineers Korea 30 10 2006 1278 1283 3 J Y Zhang J W Kim K B Lee and Y B Kim Develop ment of an active front steering system with QFT control Int J Automotive Technology Korea 9 6 2008 695 702 4 S H Lee C S Ahn J Y Joeng Y H Oh and U K Lee Development of integrated chassis algorithm for improve ment of vehicle stability Fall Conf Korean Society ofAutomotive Engineers 2006 752 757 5 K Isao B Pernando and F Cheli A full vehicl