基于动力学仿真模型的汽车操纵稳定性研究论文
毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 基于动力学仿真模型 的汽车操纵稳定性研究 作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 车辆工程 摘 要汽车的操纵稳定性是指驾驶人员在精神状态没有过于紧张的条件下，驾驶者发出的转向指令，能被汽车准确及时的接受到，汽车按照指定的方向行驶，并且当汽车在工作过程中，被外界因素干扰（道路坑坑洼洼、相对于车身的横向风力、货物或乘客不全部负载）时，汽车能够不受这些干扰的影响，维持相对稳定行驶状态的性能。是否具有良好的操纵能力，行驶中是否有良好的稳定能力是判断汽车是否安全的重要判断依据。因此，汽车的操纵稳定性的评价标准和科学研究问题一直是汽车行业的热点问题。汽车的操纵稳定性的研究，需要对样车来回进行复杂的试验，重复的测试造成人力资源、物质资源等的剧烈消耗，而利用仿真软件，能够解决这些缺点。本文的主要内容是基于动力学仿真软件ADAMS对汽车操纵稳定性进行研究。首先在CAR模块建立简化整车模型，在进行相关的仿真试验，分析仿真得出的结果，对车辆的操纵稳定性进行评价 关键词：汽车 操纵稳定性 ADAMS软件 整车模型Abstract The handling stability of the vehicle is when the driver feel not too nervous and fatigue , the car can follow the driver through the steering system and steering wheel of a given direction, and when suffering from outside interference(bumpy, crosswind,cargo or passengers partial load),the automobile can resist interference and keep stable driving. Good handling ability and good stability is an important basis for judging whether the car is safe. Therefore, how to study and evaluate the handling stability of the vehicle, in order to obtain good vehicle active safety is always one of the most important topics in the automotive field.The study of the handling stability of the vehicle that need to repeated tests on the prototype, spend a lot of time and money, however, the simulation software can solve these shortcomings. The main content of this paper is to study vehicle handling stability base on ADAMS. First, establishing a simplified vehicle module in the CAR module, then debugging simulation model, by analyzing the simulation results to evaluate the handling stability of the vehicle.Keywords: Car Handling stability ADAMS Vehicle model3目录摘 要1Abstract2第1章 绪论41.1课题的研究背景41.2国内外研究现状41.3课题的目的和研究内容71.3.1 课题的目的71.3.2 研究内容7第2章ADAMS软件82.1ADAMS软件的介绍82.2 ADAMS软件的组成8第3章 整车模型的建立113.1 ADAMS/Car模块的简介113.2 整车模型的创建11第四章 整车操纵稳定性仿真144.1 蛇行试验仿真分析144.1.1 试验设计144.1.2 仿真设置154.1.3 仿真分析164.2稳态回转特性仿真试验194.2.1稳态回转特性试验的目的204.2.2 仿真结果204.2.3 仿真结果分析224.3综合评价分析24第5章 全文总结与工作展望265.1 全文总结265.2 工作展望26致谢28参考文献293第1章 绪论1.1课题的研究背景 如今，随着国内汽车市场的渐渐扩大与持续改进，我国已成为世界上最大的汽车市场，汽车作为交通工具，已经使得人们不能离开对它的使用。随着使用的增加，自然而然的，人们会对汽车提出越来越多的要求，这导致了要不断研发新的类型的汽车。原来，为了检验出已经设计出的汽车的不足之处，需要对样车展开复杂多样的试验，通过多次试验达到改善汽车有关性能的目的。这种复杂繁重的方法，很显然，远远无法跟上当前市场要求不断快速的研究制造出高品质汽车的脚步。因此，为了改善汽车设计品质和加快研发速度，在汽车制造出来之前，提前利用仿真软件，提前对汽车的相关性能进行检测的做法是十分有意义的。仿真分析更是有着所需花费的时间比较少，又能够在电脑上重复进行试验，对各种各样的设计计划进行快速对比和优化的显著优点，并且可在试验条件所不具备的极端恶劣工况下进行分析。拥有这些优势，显然仿真分析对汽车技术的发展、汽车的开发都具有重大的意义。交通事故的日益多发使得人们越来越关注汽车在遭受外界干扰时，抵挡住种种不良干扰的能力。这导致当今国际汽车领域中的安全领域的讨论的热点问题就是这种汽车抗干扰能力。在这种背景下，作为仿真范畴的领导者，ADAMS在汽车性能仿真研究的领域中的使用越来越遍及。1.2国内外研究现状 一般来说，良好的操纵性和安全可靠的稳定性对于车辆是否具有优秀的安全性来说是不可分离、难舍难分的，两者的关系极其紧密。操作人员对汽车下达了转向的命令，这些命令被汽车及时的接收到并且做出了正确的进行转向，这种能力被称作操纵性。稳定性是指汽车在工作过程中，多多少少会受到外界的干扰，比如行驶的路况坑坑洼洼、凹凸不平，在这些状况下，汽车能保持一个相对稳定的运动状态，维持自己安稳的行驶的能力。两者公不离婆，称不离砣，仅仅取其一进行讨论是远远不能够的，后者的好坏直接影响前者的好坏，因此通常称为操纵稳定性。是否具有良好的操纵能力，行驶中是否有良好的稳定能力是判断汽车是否安全的重要判断依据，在汽车处于最大限度的工作状态时，研究它的性能和转向特性，寻找车辆在脱离驾驶者掌握的状态下，它的相关参数就是汽车操纵稳定性的研究任务。汽车的转向精准水平、车身变化程度、转向反应的时间、极限行驶能力，均属于研究范围。因此，世界上的汽车工程师们都不断的激烈讨论怎么去评估操纵稳定性这个行业内重中之重的问题，无数接踵而至的探索者在费心费力的研究之后，取得了相当不错的成绩。 在国外，二十世纪30年待以前，研究者专注于怎么去设计前后悬架，让车轮与地面接触，使得人们能操控好车辆。二十世纪初到30年代期间，如何确保对车辆的控制越来越受到人们的重视，正是这种变化，才使得研究者不断加深对悬架和相关静力学的了解，对于如何设计出具有优良性能的汽车也有了新的心得。在同一时间，关于轮胎相关力学的重要性也逐渐开始被人们所知。 从 1950s到1970s这段时间，随着人们不断的建立整车模型，对其进行科学的分析，关于车辆轮胎的一些未知的特性，人们有了新的认知，在原先的研究成果上，一个相对来说比较齐全的，关于汽车操作和方向转动的概念框架已经发展成型了。随着电脑科技的不断进步，要研究汽车的操纵稳定性，就不可避免的要和电脑来了一个“亲密接触”，相关的仿真模型具备了原来不具有的精致精密，这种科技上的提高，使得相关汽车性能的研究达到了一个新的高度。 随着国内逐渐提高的汽车操纵稳定性研究水平，成果自然而然的越来越多，其中代表性的成果有：同济大学通过建立汽车的十七自由度仿真模型研究了车轮分别在抱死和未抱死情况下汽车操纵稳定性的反应，吉林大学国家重点实验室通过建立汽车的二十九自由度仿真模型对汽车操纵稳定性的多个方面进行了研究，仿真结果与实验结果很接近。 随着一代代人不断的不懈钻研，有关如何对需要稳定性控制检测的汽车，进行建模的技术已取得了重大的突破。但难以否认的是在模型建立的过程中，难以保证它既准确又实时，这个问题还有待完善。对于操纵稳定性的研究，一般来讲大都数从这三个角度进行： a 做相关的试验，用参数的数据来描述试验者观察到的现象，并在基于反馈原理建立的人车闭环反馈控制系统的帮助下，对汽车所特有的性质进行探索，在此基础上，对结果进行判断、分析和评价； b 利用驾驶人员的主观性，描绘其在驾驶所需试验车辆过程中的感受，对其性能做出评价； c 通过建立汽车动力学模型和人车闭环系统模型，利用仿真软件对汽车的操纵稳定性进行研究和客观评估2。 如何在反馈控制和非反馈控制系统法中设计制造出虚拟汽车操纵者的模型，这个问题制约着操纵稳定性研究的进一步发展。在这个背景，汽车操纵逆动力学法被人们所发明，它不需要建立驾驶员模型，而是基于已知汽车模型和运动状态基础上，通过分析不同汽车对于同一路径反求出的的驾驶员操纵输入来评价汽车操纵稳定性，其研究大致经过了如下几个阶段：1）2006年，Andreasson等研究者利用逆动力学方法来研究汽车底盘控制相关问题，结果表明该方法是处理底盘控制问题的有效方法；2）2011年，Boyer等研究者利用逆动力学方法来研究汽车多体动力学，分析汽车操纵稳定性能问题。 3）在我国，南京航空航天大学的赵又群教授科研团队一直从事着操纵逆动力学的相关研究，2006年，他们运用径向基函数神经网络解决了逆动力学研究中转向盘角输入识别的问题，2007年成功地将汽车操纵逆动力学问题转化为最优控制问题，利用直接配置方法将最优控制问题 转化为非线性规划问题，最终运用序列二次规划方法求解 ；2012年，他们引入Gauss伪谱法来对紧急避让汽车操纵逆动力学进行研究，该方法相对于传统直接法和间接法来说，Gauss伪谱法拥有对初始值依赖性小、求解效率高的优势，采用该办法解决汽车的最速操纵相关问题，使得路径约束均和边值约束都得到相当程度的满足 ；2014年，他更是经过引入学习速度和收敛精度更高的SDIDRNN 网络识别汽车操纵逆动力学模型，结果显示，其所得结果及误差的分析说明了该神经网络在学习能力上具有优越性以及识别模型的有效性。1.3课题的目的和研究内容1.3.1 课题的目的为了评估汽车模型的操纵稳定性，反复对车辆进行实车测试是十分有必要的。由于车辆操纵稳定性实车测试花费的钱财多，重复测试造成人力资源、物质资源等的剧烈消耗，而且很难得到一个大家一直认同的评价结果，众说纷纭，作为结果，研发出
