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影响车辆动态运动的前悬挂的外倾角的控制学习资料
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
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：
车辆动力学电子主动悬架外倾角处理性能
1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。
Bongetal.[1]已经研究了智能扭矩分配控制的四轮驱动车。
Songetal.[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。
Zhangeetal.[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。
Isaoetal.[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。
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
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
15bodiesx6coords./body=90coords.
限制
4sphericalx3const./joint=-12coords.
3translationalx5const./joint=15coords.
7revolutex5const./joint=-35coords.
3universalx4const./joint=-12coords.
7couplerx1const./joint=-7coords.
1groundx-6const./joint=-6coords.
DOF
3DOF
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
3.1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（β+γ）=2Fyf+2Fyx
（1）
Izγ=2IfFγf+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）。
Fyf=Cfαf,F=Cfαf（3）
图6车辆模型
前后悬架的滑移角可表示如下：
（4）
这些公式最终代表如下：
（6）
（7）
，
2（8）
3.2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。
（9）
（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。
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。
4.整车模拟
4.1Fishhook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
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。
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。
组件
非控情况下
控制情况下
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
图18.鱼钩处汽车横向加速度图19.转向输入单行道变化
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。
组件
非控情况下
控制情况下
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
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
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
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。
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---------------------------------------------------------------------
β：
车体滑移角度（rad）
γ：
横摆率（rad/s）
Fy：
车轮的侧向力（N）
Fx：
车轮纵向力（N）
δf：
在前轮转向角（rad）
lf：
C.O.G和前轴之间的距离（m）
Lř:
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）
Cř：
后轮侧偏刚度（N/M）
νx：
纵向速度（（m/s）
νy：
横向速度（（m/s）
参考文献
[1]W.J.Bong,Y.K.KimandH.C.Lee,AWDvehiclesimula-tionwiththeintelligenttorquesplitcontrolstrategyforim-provingtractionandhandlingperformance,TransactionKo-reanSocietyofAutomotiveEngineers,Korea,6
（2）（2007）841-850.
[2]J.H.SongandK.S.Boo,DevelopmentandperformanceevaluationofESPsystemsforenhancingthelateralstabilityduringcornering,TransactionKoreanSocietyofAutomotiveEngineers,Korea,30（10）（2006）1278-1283.
[3]J.Y.Zhang,J.W.Kim,K.B.LeeandY.B.Kim,Develop-mentofanactivefrontsteeringsystemwithQFTcontrol,Int.J.AutomotiveTechnology,Korea,9（6）（2008）695-702.
[4]S.H.Lee,C.S.Ahn,J.Y.Joeng,Y.H.OhandU.K.Lee,Developmentofintegratedchassisalgorithmforimprove-mentofvehiclestability,FallConf.KoreanSocietyofAutomotiveEngineers（2006）752-757.
[5]K.Isao,B,PernandoandF.Cheli,Afullvehiclemodelforthedevelopmentofavariablecambersuspension,Proceed-ingsoftheASMEIDETC/CIE2007（2007）DETC2007-34679.T.Y.Jeong,J.S.Ha,K.S.Yi,J.T.Kim,VehicleDynamicsBehaviorAnalysisforVehicleStabilityControl,SymposiumTransactionKoreanSocietyofAutomotiveEn-gineers,Korea,11（2002）525-530.
[6]I.H.ParkandK.H.Park,Astudyonintegratedcontrolofafsandespfortheimprovementofvehiclehandlingper-formance,SpringConf.KoreanSocietyofprecisionEngi-neering,Korea,5（2005）511-514.
Jeong-HyunSohn是国立大学的机械方向和汽车工程的联合教授自2003年以来，他兴趣是多体系统动力学，机制设计，动态分析车辆系统。
Seong-JunPark是在机电一体化工程国立大学的研究生。
他的兴趣是运动学设计和动态分析机械系统。
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