汽車整車與轉(zhuǎn)向系非線性動(dòng)力學(xué)特性及控制仿真研究.pdf

1、實(shí)際車輛的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)多數(shù)屬于非線性系統(tǒng)，因此非線性振動(dòng)及其控制理論在汽車工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。車輛的動(dòng)力學(xué)特性是衡量車輛性能好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)建立汽車高維非線性動(dòng)力學(xué)仿真模型，從車輛整體和局部的角度分別討論了獨(dú)立懸架汽車的非線性振動(dòng)與控制問(wèn)題。
　　具體研究了車輛在特定轉(zhuǎn)向角輸入條件下的轉(zhuǎn)彎非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，分析了懸架參數(shù)與輪胎參數(shù)對(duì)車輛整體系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響，對(duì)不同扭矩作用下車輛的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)性進(jìn)行了對(duì)比研究；引入

2、LuGre模型，充分考慮了輪胎的非線性特性，詳細(xì)計(jì)算了車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的滾轉(zhuǎn)角加速度、偏航角加速度、車體質(zhì)心加速度及輪胎摩擦力的變化規(guī)律。
　　通過(guò)對(duì)一般路面激勵(lì)條件下汽車垂向高維、復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型的分析及其動(dòng)力學(xué)行為的研究，得到了四輪激勵(lì)具有相位差的汽車高維非線性周期及混沌振動(dòng)特性。重點(diǎn)分析了具有時(shí)間延遲的汽車7自由度高維非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了非線性頻率響應(yīng)分析，分岔特性分析，頻譜分析，通過(guò)Poincare映射得到其超混沌吸引子

3、；具體計(jì)算了特定參數(shù)條件下多自由度車輛非線性振動(dòng)系統(tǒng)的各維李亞譜諾夫指數(shù)，通過(guò)對(duì)李亞譜諾夫指數(shù)的定量研究確定非線性系統(tǒng)的超混沌特性；結(jié)果表明在分岔參數(shù)的特定區(qū)間，系統(tǒng)存在混沌、超混沌、逆向倍周期分岔、1/3亞諧周期運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)形式。
　　應(yīng)用改進(jìn)的增量諧波平衡方法對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系的非線性強(qiáng)迫振動(dòng)特性進(jìn)行了研究。得到了其強(qiáng)迫型振動(dòng)的周期解及其頻率成分，避免了大型矩陣反復(fù)求逆的復(fù)雜運(yùn)算，建立了基于4階RK法的轉(zhuǎn)移矩陣的具體計(jì)算形式，應(yīng)用

4、Floquent理論進(jìn)行了解的穩(wěn)定性與分岔研究，討論了其解的分岔形式和混沌運(yùn)動(dòng)區(qū)間，同時(shí)得到了轉(zhuǎn)向系間隙與干摩擦對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響。基于近似解析的方法分析了自激型振動(dòng)的臨界車速，劃分了系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間與失穩(wěn)區(qū)間，并對(duì)其失穩(wěn)后產(chǎn)生的極限環(huán)幅值與穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，指出其屬于平衡點(diǎn)失穩(wěn)出現(xiàn)穩(wěn)定極限環(huán)的振動(dòng)現(xiàn)象—超臨界Hopf分岔，并討論了間隙與干摩擦對(duì)此分岔特性的影響。
　　文中應(yīng)用新型流體控制單元—磁流變阻尼器，對(duì)轉(zhuǎn)向系的非線性振動(dòng)進(jìn)

5、行了半主動(dòng)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)作用于阻尼器兩端的電壓改變其阻尼力的大小，使其在失穩(wěn)車速范圍內(nèi)極限環(huán)幅值大幅度減小，進(jìn)而達(dá)到Hopf分岔控制的目的。考慮到轉(zhuǎn)向系非線性振動(dòng)模型的不準(zhǔn)確性與參數(shù)的不確定性，采用了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，估計(jì)了未知函數(shù)的上界，計(jì)算了系統(tǒng)受擾時(shí)的輸出隨時(shí)間的變化規(guī)律，并對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，證實(shí)了此方法具有全局收斂性，對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)與未建模動(dòng)態(tài)具有強(qiáng)魯棒性。
　　全文應(yīng)用數(shù)值仿真的方法證實(shí)了理論分