(参考)汽车动力学论文

汽车动力学
课程名称: 汽车动力学
学院(直属系): 交通与汽车工程学院
学生姓名: 姚远
学号: 212013********* 年级/ 专业 : 2013级车辆工程
题目: 汽车动力学控制系统研究教师评议成绩: 任课教师: 陈翀
开课学院: 交通与汽车工程学院
汽车动力学控制系统研究
摘要
汽车动力学控制系统是一种新型的主动安全控制系统，它是继防抱死系统和防滑控制系统发展起来的。

文章详细介绍了它的原理，并通过仿真计算阐述它在汽车中的作用及发展状况和前景。

关键词：控制系统动力学汽车
Abstract
Auto dynamics control system is a new positive safety control system, it is developed based on anti-seizure brake system and anti-slip control system．This article introduces the principle describes its role though simulation calculation and presents its development status and prospect．
车辆动态稳定性主要是指车辆行驶的方向稳定性和抵抗外界侧向力的能力，它主要包括两个方面：操纵稳定性能和方向稳定性能。

车辆动力学控制(VDC)是利用车辆动力学状态变量反馈来调节车轮纵向力大小及匹配，使车辆在各种路面和各种工况下都获得良好的操纵稳定性和方向性的一种新型主动安全控制技术。

1、车辆动力学控制原理
汽车在路面上行驶。

其附着力要受路面条件的影响，当附着力达到附着极限时，车辆的动力学性能将发生改变。

附着力包括纵向力和侧向力，当纵向力达到附着极限时，将影响车辆的驱动性能或制动性能，同理，当侧向力达到附着极限时就将影响车辆的侧向性能，也就会影响车辆的动力学稳定性能。

侧偏力是由于路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时的离心力等的作用引起的，随之也产生侧偏角。

图l为某车辆侧向力与侧偏角在不同附着路面上的关系，其中轮胎垂直载荷和轮胎的滑转率相同。

从图中可以看出，当侧偏角较小时，侧偏力基本与侧偏角成线性关系，但当侧偏角达到一定值时，侧偏力不再随侧偏角的增加，而是基本保持不变，达到饱和状态，也就是侧向力达到附着极限。

从图中还可以看出，路面的附着情况不同，汽车达到饱和状态时的侧偏角也不相同，高附着路面轮胎的侧向力附着极限要比低附着路面高。

汽车在路面行驶，时常要作曲线运动，当侧向加速度比较小时，侧偏角也比较小，与侧偏力基本上成线性关系，当进行高速转弯或在滑路上转弯时，侧向力接近附着极限或达到饱和状态，车辆的转向特性将发生改变，汽车处于失控状态，出现转向半径迅速减小或迅速增大的过多转向或不足转向过量的危险局面，从而导致侧滑、激转、侧翻或转向反应迟钝等丧失稳定性或方向性的危险局面。

通过以上的分析可以看出，轮胎的非线性特性是车辆操纵性发生变化的根本原因，特别是在高速转弯和低附着路面上转向行驶，常常会使车辆失去控制，有关资料表明有43．1％的交通事故都是由于车辆丧失动力学稳定性造成的。

车辆动力学控制系统就是为了避免汽车响应的急剧变化的一种最新的主动安全系统，它尽可能减小各种因素对汽车操纵稳定性产生的不良影响，如在低附着路面上，汽车与预定轨迹的偏移量尽可能的小，汽车载荷、道路状况及侧风等的变化都不应对汽车产生过多的影响。

它利用优化控制理论，使驾驶员的操作，即转向和制动始终处于最佳的组合状态，并能调节各车轮上的驱动或制动力矩、方向盘转角，从而对已经出现的不稳定状态进行修正，并能防止驾驶员的误操作对行驶稳定性产生的不利影响。

2、车辆动力学控制策略
通过以上分析和仿真计算，车辆的动态性能对车辆的安全是极为重要的，汽车在路面上行驶，经常要做转向行驶，为了保障行驶的安全性，非常有必要进行动力学控制。

由于车辆动力学稳定性直接受横摆力矩的影响，所以进行动力学控制可以从两个方面人手，一是通过减小驱动力来增大轮胎侧向附着力，从而增强车辆抵抗外界侧向力的能力，这主要通过减小发动机输出扭矩（方法有减小节气门开度、延迟点火或减小喷油量等）来实现，同驱动防滑控制系统；二是通过施加外部横摆力矩来改善车辆行驶的方向性和稳定性，这可通过方向盘转角控制、驱动力控制和制动力控制来实现。

制动力控制在驱动行驶条件下是指在驱动轮上施加一定的制动力，在制动行驶的条件下是指减小制动力或合理的分配制动力，制动力控制在各种工况下都据良好的应用潜能，所以目前发展的动力学控制系统大都采用制动力控制。

为了减少和避免汽车丧失动力学稳定性，发生严重交通事故，各国汽车公司很早就开始了车辆动力学控制系统的研究，到了90年代初取得了实质性的进展。

目前世界上已应用的车辆动力学控制系统主要有以下一些系统：
(1)巴依尔汽车股份公司的DSC(动态稳定控制)，DSC是1992年开发的，并安装在宝马850Ci轿车上，到目前为止它研究经历了三代的发展历程。

前两代DSC是在ABS／ASR的硬件基础上，加装了方向盘传感器，并把与横摆角速度
成正比的内外轮轮速差作为控制变量，按照一定的控制算法来调节发动机输出扭矩或施加制动力矩来实现动力学控制，它的电子控制器是由博世生产；
(2)博世公司的VDC(车辆动态控制)。

VDC是于1995年投放市场的，它也是在ABS/ASR的基础上开发的，不但能够进一步提高ABS/ASR功能，而且能够实现动力学控制，它主要采用横摆角速度和车身侧偏角作为控制变量，并按一定的控制算法来控制发动机的输出扭矩或车轮的独立的主动制动力控制，从而实现对车辆的动力学控制；
3、车辆动态稳定性仿真
为了进一步说明轮胎特性对车辆动态稳定性的影响，将通过该车型的仿真来描述车辆的动力学变量在转弯过程中的变化情况。

首先，在较好的路面上，直接给前轮一个增幅的正弦输入，频率为0．5Hz，图2、图3分别为前轮增幅正弦输入下高速转弯(27．3m／s)和在附着系数较低(0，20)的路面上转弯的仿真结果。

从图中的结果可以看出，无论是高速转弯还是在滑路上转向行驶，达到轮胎的饱和状态，轮胎进入非线性状态，导致车辆的各状态变量发生急剧的变化，如横摆角速度急剧的增大，而侧偏角急剧的减小等，使汽车丧失稳定性，不能正常行驶，而采用动力学控制能够很好控制车辆的动态稳定性能，及时阻止横摆角速度、侧偏角等动力学变量的急剧变化，保持车辆的稳定行驶，提高了车辆行驶的操纵性和稳定性。

车辆根据驾驶员的指令按预定轨迹行驶也是衡量车辆动力学性能的一个重要的指标，如果车辆不能根据驾驶员的指令按预定轨迹行驶也会引起许多交通事故，所以如在汽车换道行驶和躲避障碍物时都要求车辆具有良好的操
纵稳定性能，而车辆在较高速度下或低附着路面行驶也常会使其不能按预定的轨迹行驶，所以如果此时能够对车辆进行动力学控制，就能大大提高车辆的操纵性能，使其能够按预定轨迹正常行驶。

4、结语
车辆动力学控制系统是一种非常有效的主动安全控制技术，它能够极大地提高车辆在危险工况的安全性，减少事故的发生。

它与ABS/ASR(驱动防滑控制系统)也有许多共同点，它们之间也是相互联系的，VDC有些功能需要由ABS/ASR 来完成，所以有很多VDC系统是在ABS/ASR的基础上开发的。

但由于VDC控制系统比较复杂，系统成本比较高，所以目前只是在一些中高级轿车应用，相信在不久的将来，随着成本的降低，VDC将会象ABS系统一样成为汽车的标准配置。

参考文献
[l] 余志生．汽车理论[M]．机械工业出版社，1992
[2] 司利增．汽车防滑控制系统[J]．人民交通出版社，1996
[3] 郭孔辉．汽车操纵动力学[M]．吉林科学技术出版社，199l
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