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面向操纵稳定性的汽车扭矩主动分配差速技术研究

作　者: 洪兢
导　师: 李礼夫
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 扭矩主动分配差速技术操纵稳定性控制模糊控制虚拟仪器硬件在环
分类号: U461.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

汽车操纵稳定性控制是当今汽车主动安全技术研究的重点。针对目前常见的汽车操纵稳定性控制系统——ESP系统由于工作时的制动方式而使汽车减速度产生突变与波动,造成纵向行驶性能下降以及行驶平顺性恶化的问题,论文根据离合器两侧接合时扭矩总是从转速较快的一侧向较慢的一侧转移的特性,提出了一种汽车扭矩主动分配差速(Torque Vectoring Differential,简称TVD)技术,并研究了它在汽车操纵稳定性控制上的应用。该技术在后驱动桥传统差速器结构的基础上,增加了一组增/减速机构及两组离合器机构,其中,增/减速机构分别用于获得高于和低于差速器输入处的转速,两组离合器则分别将增/减速机构与右输出轴相连。TVD控制器根据汽车的行驶状态计算出汽车所需的附加横摆力矩后,通过对离合器机构的接合进行控制,TVD可以将驱动扭矩在左右驱动轮之间进行主动的差分分配,从而使汽车产生所需的附加横摆力矩,以纠正汽车的行驶姿态,在不影响汽车纵向行驶性能的前提下提高汽车的操纵稳定性。论文首先阐述了TVD在汽车操纵稳定性控制应用中的优越性,介绍了国内外TVD相关的研究现状及发展趋势。利用离合器两侧接合时的扭矩传递特性,论文提出了一种汽车扭矩主动分配差速技术,并以此为依据,设计了TVD的基本结构,采用速度图表法,对其扭矩分配的工作原理及关键参数进行了分析,并分别采用SimDriveline和Solidworks/COSMOSMotion对其进行了建模及运动学分析。为了研究TVD在汽车操纵稳定性控制中的应用,论文从整车动力学出发,以装配TVD的车型为对象进行了数学建模,提出了基于汽车横摆角速度的模糊控制算法,并设计了分级式TVD控制器。为了验证TVD及其控制算法的控制效果,论文采用ve-DYNA对汽车在不同驱动模式及TVD不同装配模式等情况下进行了各种工况的仿真实验,并搭建了基于ve-DYNA、LabVIEW及NI compact DAQ设备的TVD控制算法硬件在环实验系统,对TVD控制算法进行了硬件在环仿真验证。论文最后对研究结果进行了归纳总结,并对今后的研究工作提出了建议。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 扭矩主动分配差速技术（TVD）的研究意义  12-14
  1.2 车用差速器的用途及其发展  14-16
  1.3 TVD 的国内外研究状况及发展趋势  16-20
    1.3.1 国外研究现状  17-18
    1.3.2 国外已有的产品  18-19
    1.3.3 国内研究现状  19-20
  1.4 本论文的主要研究内容  20-22
第二章 TVD的结构及工作原理研究  22-29
  2.1 离合器两侧接合时的扭矩传递特性  22-23
  2.2 TVD 的基本结构与工作原理  23-26
  2.3 TVD 设计中的关键问题  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 TVD在SimDriveline以及Solidworks/COSMOSMotion中的建模与仿真  29-50
  3.1 TVD 在SimDriveline 中的建模与仿真  29-37
    3.1.1 SimDriveline 简介  29-30
    3.1.2 TVD 在SimDriveline 中的建模  30-31
    3.1.3 TVD 在SimDriveline 中的仿真及结果分析  31-37
  3.2 TVD 在Solidworks/COSMOSMotion 中的建模与仿真分析  37-49
    3.2.1 Solidworks/COSMOSMotion 简介及建模仿真步骤  37-38
    3.2.2 基于Solidworks 的TVD 三维建模  38-41
    3.2.3 基于COSMOSMotion 的TVD 运动仿真分析  41-49
  3.3 本章小结  49-50
第四章装备TVD的整车动力学数学建模  50-61
  4.1 整车动力学模型的建立  50-55
    4.1.1 汽车坐标系的定义  50
    4.1.2 整车动力学受力特性分析  50-55
  4.2 轮胎模型的建立与轮胎特性仿真分析  55-57
    4.2.1 轮胎坐标系  56
    4.2.2 魔术公式  56-57
  4.3 基于驾驶员期望的汽车行驶模型的建立与分析  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章基于TVD的汽车操纵稳定性分级模糊控制方法的研究  61-74
  5.1 TVD 分级控制方法的结构  61-62
  5.2 模糊控制的基本理论  62-65
    5.2.1 模糊控制的基本原理  62-63
    5.2.2 模糊控制器设计的基本方法  63-65
  5.3 前级控制器模糊控制算法的研究  65-70
    5.3.1 前级控制器的结构  65
    5.3.2 精确量的模糊化与语言变量的建立  65-67
    5.3.3 模糊控制规则的建立  67-68
    5.3.4 模糊推理  68
    5.3.5 解模糊及模糊控制表  68
    5.3.6 前级模糊控制器在Simulink 中的建模  68-70
  5.4 TVD 后级控制器的设计  70-72
    5.4.1 所需附加横摆力矩的实现及驱动扭矩差分分配的研究  70-72
    5.4.2 后级控制器在Simulink 中的建模  72
  5.5 本章小结  72-74
第六章基于ve-DYNA的整车软件在环仿真  74-93
  6.1 TESIS/ve-DYNA 简介  74-75
  6.2 ve-DYNA 的用户界面及建模、仿真的步骤  75-78
    6.2.1 ve-DYNA 中整车模型的建立  75-77
    6.2.2 TVD 控制器在 ve-DYNA 中的加入  77-78
    6.2.3 仿真运行过程及数据结果的显示  78
  6.3 不同工况及不同驱动和装配方式下的仿真分析  78-91
    6.3.1 TVD 不工作时的仿真分析  78-82
    6.3.2 TVD 工作时RWD 和4WD 模式下的仿真分析  82-87
    6.3.3 TVD 与ESP 系统稳定性控制效果的对比  87-91
  6.4 本章小结  91-93
第七章基于ve-DYNA及LabVIEW的TVD硬件在环仿真实验  93-109
  7.1 虚拟仪器与硬件在环仿真概述  93-94
  7.2 实验原理及实验系统的开发  94-100
    7.2.1 实验原理  96-97
    7.2.2 Simulink-LabVIEW 的连接  97-98
    7.2.3 LabVIEW-CompactDAQ 的连接  98-100
    7.2.4 传动实验台及周边仪器配置  100
  7.3 TVD 控制算法硬件在环实验及结果的分析与对比  100-108
    7.3.1 双移线工况下的硬件在环仿真分析  100-103
    7.3.2 蛇形工况下的硬件在环仿真分析  103-108
  7.4 本章小结  108-109
全文结论与建议  109-112
参考文献  112-117
攻读硕士学位期间取得的研究成果  117-118
致谢  118

面向操纵稳定性的汽车扭矩主动分配差速技术研究

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