非线性轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响

摘要/Abstract

摘要：

为分析轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响，建立了非线性轮胎侧向力模型并通过四自由度整车动力学模型计算了不同车速下汽车质心侧偏角、车身侧倾角和前轮转角响应。基于ADAMS的虚拟试验和实车试验结果表明：汽车高速转向行驶时，非线性轮胎侧向力模型能更准确地反映出汽车运动状态的响应，各状态响应的平均绝对误差能控制在相应状态幅值的10%以内。研究结果对汽车稳定性控制系统的设计具有理论指导意义。

关键词: 转向稳定性, 轮胎侧向力, 非线性, 运动状态

Abstract:

To analyze the effects of tire lateral force, a nonlinear model of tire lateral force was established and a 4-DOFs vehicle dynamics model was adopted to calculate the responses of vehicle side slip angle and roll angle and front wheel steering angle with different velocities. The results of virtual experiments based on ADAMS and real vehicle experiments demonstrate that the nonlinear tire model can more accurately reflect the response of vehicle movement states under the conditions of high-speed steering, and the mean absolute errors of each state response can be guaranteed within 10% of the corresponding state amplitude. The conclusions may provide theoretic direction for the design of vehicle stability control system.

Key words: steering stability, tire lateral force, nonlinear, movement state

中图分类号:

U461.1

沈法鹏, 赵又群, 赵洪光, 刘英杰. 非线性轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响[J]. 中国机械工程, 2015, 26(1): 135-139.

Shen Fapeng, Zhao Youqun, Zhao Hongguang, Liu Yingjie. Effects of Nonlinear Tire Lateral Force on Vehicle Steering Stability[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(1): 135-139.

参考文献

[1]Grip H F, Imsland L, Johansen T A, et al. Vehicle Sideslip Estimation: Design Implementation and Experimental Validation[J]. IEEE Control Systems, 2009, 29(5):36-52.
[2]Baffet G, Charara A, Lechner D. Estimation of Vehicle Sideslip, Tire Forceand Wheel Cornering Stiffness[J]. Control Engneering Practice, 2009, 17(11): 1255-1264.
[3]朱绍中, 高晓杰, 余卓平. 极限行驶条件下车辆质心侧偏角观测器设计[J]. 同济大学学报（自然科学版）, 2009, 37(8): 1070-1074,1114.
Zhu Shaozhong, Gao Xiaojie, Yu Zhuoping. Vehicle Sideslip Angle Estimation under Extreme Driving Condition[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2009, 37(8): 1070-1074, 1114.
[4]潘筱, 陈潇凯, 林逸, 等. 基于遗传算法的汽车平顺性和操纵稳定性优化[J]. 北京工业大学学报, 2012,38(11): 1638-1642.
Pan Xiao, Chen Xiaokai, Lin Yi, et al. Optimization Study on the Vehicle Handling Stability and Ride Comfort Using Genetic Algorithm Method[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2012, 38(11): 1638-1642.
[5]邢素芳, 冯泽军, 李欣业, 等. 基于轮胎非线性模型的汽车操纵系统的动力学分析[J]. 河北工业大学学报, 2010,39(4): 27-30.
Xing Sufang，Feng Zejun，Li Xinye, et al. Dynamical Analysis of Vehicle's Control System Based on the Nonlinear Model of Tires[J]. Journal of Hebei University of Technology, 2010, 39(4): 27-30.
[6]Solmaz S,Baslamisli S C. A Nonlinear Side Slip Observer Design Methodology for Automotive Vehicles Based on a Rational Tire Model[J]. Advanced Manufacturing Technology, 2012, 60(5/8): 765–775.
[7]屈求真, 刘延柱. 基于轮胎非线性特性的汽车动力学问题[J]. 力学季刊, 2000, 21(1)：38-44.
Qu Qiuzhen, Liu Yanzhu. On Dynamics of Vehicle Based on Nonlinear Characteristics of Tires[J]. Chinese Quarterly of Mechanics, 2000, 21(1)：38-44.
[8]Hsu Y H J, Laws S, Gadda C D, et al. A Methodto Estimate the Friction Coefficient and Tire Slip Angle Using Steering Torque[C]//International Mechanical Engineering Congress and Exposition: Dynamic Systems and Control(Parts A and B). Chicago，2006：515-524.
[9]Baslamisli S C, Solmaz S. Construction of a Rational Tire Modelfor High Fidelity Vehicle Dynamics Simulation under Extreme Driving and Environmental Conditions[C]//10th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. Istanbul, 2010,3：131-137.
[10]郭孔辉. 汽车操纵动力学原理[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 2011.
[11]余志生. 汽车理论[M]. 4版. 北京：机械工业出版社，2006.
[12]尹浩, 赵又群, 徐培民, 等. 非线性高速汽车操纵逆动力学建模与仿真[J]. 农业机械学报, 2007, 38(9): 23-26.
Yin Hao, Zhao Youqun, Xu Peimin, et al. Modeling and Simulation of Nonlinear Vehicle Handling Inverse Dynamics[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2007, 38(9): 23-26.
[13]安部正人. 汽车的运动和操纵[M]. 陈辛波译.北京：机械工业出版社，1998.
[14]沈法鹏, 赵又群, 林棻. 基于卡尔曼滤波的车辆侧偏角软测量[J]. 农业工程学报, 2013, 29(10): 71-75.
Shen Fapeng, Zhao Youqun, Lin Fen. Soft Sensor of Vehicle Side Slip Angle Based on Kalman Filter[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(10): 71-75.

[1]	张家旭, 赵健, 施正堂, 杨雄. 基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制[J]. 中国机械工程, 2021, 32(08): 883-889.
[2]	张宁;李田;殷国栋;吴建华;赵子乾. 转向系参数对汽车拖车组合系统稳定性的影响[J]. 中国机械工程, 2020, 31(21): 2521-2528.
[3]	王薪宇；秦伟；孙晓军；胡小亮. 3-PPR并联伺服平台非线性同步鲁棒控制[J]. 中国机械工程, 2020, 31(19): 2269-2275.
[4]	何飞1,2;杜学飞1,2;王朝俊1,2. 基于对比格兰杰因果关系的热轧带钢头部拉窄根因诊断[J]. 中国机械工程, 2020, 31(19): 2340-2346.
[5]	吴石；朱美文；张添源；刘献礼；李传东. 覆盖件模具拼接特征对球头刀铣削振动的影响 [J]. 中国机械工程, 2020, 31(18): 2143-2152.
[6]	王冠1；张骞2；寇琳媛1；刘志文3；李世康3. 基于混合元胞自动机算法的连续体结构非线性拓扑优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(18): 2161-2173.
[7]	徐亭亭, 罗敏, 蒋佳骏, 王晶, 张佳贺. 管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1798-1807,1814.
[8]	白国星1;孟宇1,2;刘立1;顾青1;罗维东1;甘鑫1. 基于可变预测时域及速度的车辆路径跟踪控制[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1277-1284.
[9]	刘光辉1;洪军1;孙岩辉1;吴文武2. 考虑滚子位置变化的圆柱滚子轴承非线性刚度特性分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(05): 505-512.
[10]	宫金良1;滕学芳2;张彦斐3. 一种基于理想度与粗糙数多属性决策的复杂非线性系统设计方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(04): 465-471,481.
[11]	倪敬1,2;史雨1,2;蒙臻1,2;黄浩锋1. 单回路保护阀密封圈表界面黏附特性[J]. 中国机械工程, 2019, 30(24): 2899-2905.
[12]	张晋1,2,3;薛雄伟1;寇成浩1;姚静1,3;孔祥东1,3;李昊4. DN63位移随动式超高压比例插装阀的建模[J]. 中国机械工程, 2019, 30(20): 2424-2430,2438.
[13]	郭威1，2;陈吉清1，2;黄佳楠1，2;兰凤崇1，2. 非线性几何框架模型在电动汽车车身正向设计中的应用[J]. 中国机械工程, 2019, 30(17): 2114-2121.
[14]	刘延伟1;朱云学1;林子越1;赵克刚2;黄谢鑫3. 考虑自锁元件动态特性的超越离合器-齿轮系统模型研究[J]. 中国机械工程, 2019, 30(15): 1765-1775.
[15]	王欣；喻豪杰；顾振华；胡伟楠. 计及二阶效应的一种桁架臂几何非线性方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(13): 1540-1544.