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新疆35选7开奖结果88期:汽車爆胎行駛穩定性控制策略仿真之工程碩士論文研究

論文編號:lw201910212147022576 所屬欄目:工程碩士論文 發布日期:2019年10月22日 論文作者:www.51lunwen.com

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第 1 章   緒論


1.1  研究背景及意義

近年來高速公路越來越成為人們日常交通環境中的重要組成部分。然而眾多車主在享受高速公路便利的同時,也不得不面臨日益頻發的高速交通事故威脅。在交通管理部門統計數據中,目前我國高速公路交通事故中,爆胎事故占據很高的比例的。而且當車速大于130km/時發生爆胎,翻車事故死亡率將近100%[1]。同時,高速公路爆胎事故導致的受傷和死亡人數,分別占高速公路所有事故傷亡人數的63.94%和49.81%,而高速爆胎事故中造成的直接財產損失占到總數的43.38%。

由此看出,爆胎引發的高速公路交通事故危害性大,這使得對爆胎方面的研究尤為必要。引起爆胎的原因有很多,超載,超速,輪胎氣壓過高或過低,輪胎有內傷和過度磨損等原因都會導致輪胎爆裂。爆胎后,輪胎在極短的時間內(一般少于0.1s)因破裂突然失去空氣而癟掉,胎壓幾乎為0,其尺寸、徑向與切向力學特性均發生變化,這種變化將引起汽車偏航,進而與其它車輛或護欄相撞。如果駕駛員在情急之下的修正操作不當,汽車將出現側翻或連環碰撞,甚至引發更為惡劣的交通事故。

現階段為減輕爆胎交通事故的傷害,普遍采取的措施是在汽車輪胎上安裝胎壓監測系統。美國在2000年國會上通過了TBEAD法案,要求到2007年,所有在美國銷售的汽車都必須安裝輪胎壓力監測系統[3]。 然而在汽車行駛過程中,由于輪胎高轉速時的疲勞損壞和熱損壞,爆胎事故在所難免。因此為了保障高速公路行車環境的安全,也為了更好的體現車輛的安全性和智能化,杜絕更加危險的事故發生,爆胎后完全有必要對汽車進行安全操控。

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1.2  國內外研究現狀分析

為防止或降低車輛爆胎導致的嚴重后果,世界各國汽車領域專家、學者致力于爆胎現象的研究,具體主要集中在一般性理論、實驗和仿真方面。早期對爆胎現象的研究主要通過爆胎實驗。在爆胎實驗中爆胎車輛動態響應過程可直接觀察。但是,爆胎實驗有很大的危險性以及容易受到數據測量設備、場地的限制。近年來,隨著計算機科技的快速發展,相關領域人員通過仿真技術研究爆胎輪胎及爆胎車輛的特性,包括爆胎輪胎力學特性及變形、爆胎車輛動力學特性變化、輪胎胎壓監測系統、車輛穩定性控制系統、爆胎車輛自動控制系統和防偏航系統等。

爆胎對正常行駛車輛輪胎力學具有嚴重影響,國內相關學者和企業對爆胎輪胎力學特性及爆胎后車輛的動力學響應也進行了深入研究??寡芯康牡ノ恢饕屑執笱?、湖南大學、同濟大學、北京航空航天大學、廣西工學院、吉利汽車研究院有限公司和桂林安金汽車安全測控技術有限公司等高校和企業。關注點主要在于爆胎輪胎、爆胎車輛特性變化以及爆胎車輛安全性控制等。

廣西工學院張彥會等主要根據爆胎車輛載荷轉移研究了爆胎車輛的方向失穩問題。通過魔術公式得出側偏角與側向力之間的關系,并建立車輛突然爆胎時的方向失穩動力學模型,分析了爆胎車輛質心位置變化、載荷轉移和方向失穩三者之間的聯系,同時建立爆胎車輛操縱動力學模型,結果表明輪胎側向力對爆胎車輛行駛方向及穩定性具有非常大的影響[20、21]。王東東等研究了爆胎輪胎的滾動半徑、爆胎車輛質心位置變化、整車載荷再分配問題。重新爆胎模型并借助Simulink進行爆胎仿真,分析了車輛爆胎后橫向速度、橫擺角的變化情況[22]。

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第 2 章   Unitire 輪胎力學模型


2.1  輪胎模型簡介

輪胎模型描述了輪胎六分力與車輪運動參數之間的數學關系,即輪胎在特定工作條件下的輸入與輸出之間的關系[35],如圖2.1所示:

根據車輛動力學研究內容的不同,輪胎模型可分為輪胎縱滑模型、輪胎側偏模型與側傾模型、輪胎垂向振動模型、輪胎縱滑側偏力學模型。此外,輪胎模型還可以分為經驗模型和物理模型。前者根據輪胎試驗數據,通過插值或函數擬合方法給出預測輪胎特性的公式;后者則是根據輪胎與路面之間的相互作用機理和力學關系建立模型,旨在模擬力或力矩產生的機理和過程。

本文是關于汽車爆胎時軌跡分析和穩定性控制系統設計,以輪胎爆胎時力學特性為基礎,分析出其運行軌跡及控制方法,不必要探討輪胎爆胎時力及力矩產生機理和過程。故以輪胎經驗模型為理論基礎加以研究。

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2.2 Unitire 輪胎模型

 Unitire輪胎模型,又被稱為冪指數統一輪胎模型,是一種半經驗模型,由郭孔輝院士提出,用于預測輪胎的穩態特性[36]。在理論分析和試驗研究基礎上提出的半經驗“指數公式”輪胎模型,可用于輪胎的穩態側偏特性、縱滑及縱滑側偏聯合工況。通過獲得有效的滑移率,該模型也可進行非穩態工況下的輪胎縱向力、側向力及回正力矩的計算。

2.2.1 Unitire 輪胎模型坐標系

研究輪胎首先要建立合理的輪胎模型坐標系。如圖2.2所示,本文所采用的輪胎模型運動坐標系為法向坐標上的三維右手正交坐標系。坐標系的原點是輪胎接地印跡中心,X軸定義為輪胎平面與地面的交線,前進方向為正,Y軸是指車輪旋轉軸線在地面上的投影線,Z軸與地面垂直,向上為正。

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第 3 章   CarSim 仿真軟件中整車動力學建模 ..................................... 16

3.1  車輛相關技術參數 ............................... 16

3.1.1  車輛總體尺寸 .......................... 16

3.1.2  車輛其他參數設置 ............................ 16

第 4 章   汽車爆胎穩定性控制方法 ........................ 33

4.1  工況 1 仿真 .................................... 33

4.2  工況 2 仿真 ..................................... 37

4.3  工況 3 仿真 ..................................... 41

第 5 章   汽車爆胎穩定性控制策略修正與完善 .................................. 47

5.1  工況 4 的仿真 ................................. 47

5.2  工況 5 的仿真 ............................. 51


第 4 章   汽車爆胎穩定性控制方法


4.1  工況 1 仿真

右前輪爆胎,汽車直線行駛,車速80km/h,0.5s駕駛員意識到汽車爆胎松開油門踏板,并進行高強度(10MPa)緊急制動,考慮駕駛員動作時間以及制動器間隙等因素影響,2.4s后產生制動作用,不進行轉向盤操作,設仿真時間為10S。圖4.1至圖4.7為仿真曲線圖。

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第 6 章  總結與展望


6.1  全文總結 汽車高速行駛狀態下發生爆胎后將向爆胎一側偏航行駛,此時極易發生碰撞、追尾等交通事故。本文通過CarSim軟件對汽車前輪爆胎工況進行仿真,主要得出以下結論:

(1)汽車爆胎后將向爆胎一側偏航行駛,主要是受到車輪側向力和由車輪力所產生的橫擺力矩綜合作用的結果;

(2)汽車爆胎后爆胎車輪和其對角線車輪垂直載荷瞬間顯著減小,因此能提供的側向力和縱向力也顯著減小,另外兩個車輪垂直載荷增大,轉向和制動操作所需要的制動力主要由這兩個車輪提供;

(3)汽車爆胎后大角度急打方向盤操作或高強度緊急制動操作會使爆胎車輪的對角線車輪垂直載荷進一步減小,嚴重時甚至會失去垂直載荷的作用,導致汽車側翻; 

(4)汽車爆胎后小制動力點剎制動與小角度調整方向盤操作可以保證汽車具有良好的穩定性,但是點剎制動會瞬間改變車輪力的大小和方向,需要駕駛員具有較快的反應能力和良好的心里素質,稍有不慎,汽車將會側翻;

參考文獻(略)

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