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1、-毕业设计开题报告理工类设计题目汽车操纵动力学建模与仿真学生*专业车辆工程一、 课题的目的意义：汽车操纵动力学描述的是转向盘输入-车轮载荷-车身运动之间的关系，它表征着汽车的可操控性和抵抗外界干扰的能力，被称为“高速车辆的生命线。研究汽车操纵动力学对于汽车的操纵稳定性分析与性能设计具有重要的意义。随着我国汽车工业的开展，高速公路、高等级公路的不断建立，汽车正逐渐进入家庭，成为人们日常生活中不可缺少的一局部。但是驾驶员非职业化、车流密集化和车辆高速化，交通平安问题已成为世界性的社会问题，并引起了各国的高度重视。市场竞争的日趋剧烈，各个厂家在引进国外产品和技术的同时越来越重视自主开发和技术能力的形
2、成。对汽车操控稳定性进展全面的理论和试验研究，提高汽车的行驶平安性，具有积极的社会效益和明显的经济效益。二、近年来国内外研究现状：世界各国科学家及工程技术人员对汽车操纵稳定性进展了深入广泛的研究，其研究成果主要表达在如下方面:1汽车操纵动力学的开展 汽车操纵动力学的研究已经有70 多年的历史。首先要研究的问题是具有怎样运动规律和行驶性能的汽车容易为不同的人所驾驶,其次要研究优化设计方法来提高汽车的操纵动力学特性。几十年来,国内外对汽车操纵动力学做了大量研究。国内主要集中在*汽车研究所、清华大学、*大学等单位。国外主要集中在美国、日本和欧洲等汽车工业兴旺的国家和地区。现有的研究方法可以归结为开环
3、方法和闭环方法。开环方法仅以汽车为研究对象,不允许驾驶员对汽车运动做出任何操纵修正动作,是汽车的固有特性。闭环方法将驾驶员与汽车作为统一的整体,即人-汽车系统,而不能忽略驾驶员的分析、判断和修正等操纵的反应作用。一般认为,1956年10月9日在英国伦敦机械工程师学会上所发表的5篇论文是公认的汽车操纵动力学领域的经典著作。其中的主要奉献是,把航空工业的“系统工程法作为技术转移用于汽车操纵动力学。从1956年以后到1969年的10余年间,尽管有关的根本理论有很大的开展,但根本特性并没有改变。20世纪60年代以前,根本上都是开环方法,所应用的根底是经典控制理论。20世纪70年代初,试验平安车(ESV
4、) 研究方案的实施,促使人们去研究实用的操纵动力学设计方法。各国研究人员依据大量试验与理论分析,首先提出了稳态响应特性、瞬态响应特性、操纵回正特性和侧向滑移特性的平安容许极限,对操纵动力学特性进展客观评价。70年代中期以后,开场利用驾驶员对汽车直线行驶性能、转弯行驶性能和转向轻便性等特性的感觉,进展主观评价。然而,人们发现:对汽车的瞬态响应等特性,客观评价与主观评价甚至不一致,难以有效设计汽车的操纵动力学特性。原因是客观评价方法仍按照一般控制系统的要求提出,为开环方法。而主观评价却是驾驶人员按照一定的跟踪要求操纵汽车时对操纵动作难易程度的感觉,这种感觉不完全取决于汽车本身的特性,还取决于人的行
5、为特性,取决于道路跟踪的要求。20 世纪80年代初,人们逐渐认识到在应用汽车模型中有一个根本的障碍,那就是对驾驶员的特性缺乏根本的认识。最早开场研究人-车闭环操纵系统的大概要算McRuer等 ,他们作了不少飞行员-飞机闭环控制的研究,并推广到汽车上。但是这些工作没有考虑驾驶员的前视作用。这个十分重要的因素。为此, MacAdam与McRuer等于1980、1981年相继提出了不同的“最优预瞄控制模型。1982年郭孔辉提出了“预瞄跟随理论和“预瞄最优曲率模型,该模型仿真精度高、物理概念清晰、运算简单,并可应用于非线性系统。另外,在试验方面,考虑到驾驶员模型的进展程度不能满足主动平安性闭环设计的要
6、求,以及平安试验设计方法只能在样车试制后采用并受自然条件限制等缺陷,研制了开发型驾驶模拟器。这种模拟器缓和了理论研究的开展程度与汽车主动平安性闭环设计要求之间的矛盾。20世纪90年代初,郭孔辉提出了闭环系统主动平安性的综合评价与优化设计方法,Harada基于定常的驾驶员特性建立了以三个单项均方值指标为根底的综合性能指标,对汽车的主动平安性进展了较好的综合评价。90年代后期,赵又群等从驾驶员汽车闭环系统的角度,进展了系统模型建立、闭环系统微分方程求解的高精度方法、驾驶员不确定性的闭环操纵系统主动平安性评价、具有演变随机道路输入的闭环操纵系统主动平安性评价、驾驶员汽车闭环系统主动平安性的优化设计等
7、问题的系列研究,为驾驶员-汽车闭环系统主动平安性的客观评价与优化设计提供了一定的理论依据。1998年Crolla等给出了汽车操纵性的主客观综合评价方法。20世纪90年代以来,利用开发型驾驶模拟器进展驾驶员-汽车-环境闭环系统主动平安性研究,改善汽车操纵动力学特性,是国际上主要的开展方向之一。对于汽车操纵动力学的闭环方法,理论研究和模拟试验都是从与主观评价指标相一致的易操纵性开场的。每个驾驶员作为个体,他的驾驶技能是千差万别的。因此,驾驶员的建模问题,始终是驾驶员-汽车闭环系统操纵动力学研究趋于成熟和实用化的一个“瓶颈问题。为了避开驾驶员建模的一些难以解决的问题,美国学者Bernard等较系统地
8、研究了汽车操纵逆动力学问题。从1986年起,针对线性二自由度汽车模型沿指定路线行驶时的驾驶员操纵输入进展了研究,利用求逆的方法对汽车行驶性能进展了优化设计。2000年,英国的Casanova等研究了最速操纵问题,虽然没有提出一般的解法,但也可归结于汽车操纵动力学的“逆问题。到目前为止,关于汽车操纵逆动力学问题的研究还处于初期阶段。2.四轮转向技术的开展相对于传统的前轮转向汽车，四轮转向汽车在进展前轮转向的同时，还将根据汽车的各项运动状态信息如车速、横摆角速度、侧向加速度等对后轮转向进展控制。从本质上讲，四轮转向的优点就是源于系统对后轮轮胎侧向力的独立控制能力。由于四轮转向汽车可以同时改变前、后
9、轮的侧偏角和轮胎侧向力，因而可以提高汽车转向的瞬态响应特性，并提高汽车的转向控制能力，调节汽车的缺乏转向度即稳定性因数，从而提高汽车的操纵稳定性和主动平安性。现阶段，国内外学者对于四轮转向系统的研究，主要是针对以下性能目标：* 保持汽车质心侧偏角根本为零；* 改善横摆角速度和侧向加速度的动力学响应性能；* 实现所希望的转向特性参考模型跟踪* 增加对工况变化的抗干扰能力；* 提高汽车的转向操纵稳定性和主动平安性；随着汽车动力学和控制理论的开展，各种现代控制理论开场被逐渐应用于四轮转向系统的研究中，国外具有代表性的一些研究进展如下：Allan Y.Lee对四轮转向汽车在高速时的换道行驶进展了分析，
10、比照了在换道行驶过程中，有经历驾驶员的操纵转向和四轮转向汽车的最优化控制转向，研究了驾驶员操纵四轮转向汽车的主观感受。H.Inoue和F.Sugasawa提出了一种综合前馈和反应控制的四轮转向系统，选择最优的控制系统常量，把对转向输入响应的控制和对抗外部干扰的稳定性控制分开，实现了两者的相互独立。Laszlo Palkovics文章中研究通过前轮和后轮的转向反应补偿自动控制来提高汽车高速时的转向性能和在侧风干扰下的转向性能，提出了在参数变化下的系统响应问题。分析了在后轮胎压低于正常情况下，汽车的过度转向以及控制系统如何稳定汽车的运动。Higuchi应用最优控制理论提出了一种以减小质心侧偏角为目
11、标的方向盘前馈加状态反应的四轮主动转向控制律。国内对四轮转向技术的研究起步较晚，涉及相关内容的论文如下：*工业大学基于二自由度模型对四轮转向系统的控制方法进展了探讨，研究了轮胎侧偏特性对于四轮转向系统的影响。对四轮转向汽车的运动稳定性进展了分析。*大学对四轮转向系统的非线性控制进展了研究，探讨了四轮转向系统发生随机Hopf分岔的参数区域。尽管对开环系统较早、多轴转向的控制策略已近成熟，但操纵稳定性研究模型千差万别，模型实用性与模型精度上的矛盾使得开环系统的细致研究仍有重要意义。本课题在两轮模型根底上深入研究四轮模型有助于深入研究四轮转向，并且特色鲜明地研究分析车身的侧倾运动对于操纵稳定性的重要
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