《线性2DOF车辆模型》课件.pptxVIP

线性2DOF车辆模型本课件介绍了基于力学原理推导的线性二自由度(2DOF)车辆模型,包括纵向-横向动力学耦合表达式和相关参数。通过该模型可以分析车辆的稳态及瞬态特性,为后续控制算法设计提供理论基础。byhpzqamifhr@

线性2DOF车辆模型概述1车辆模型化针对车辆运动特性进行抽象和简化2二自由度模型考虑车辆纵向和横向运动特性3线性化假设假设悬架、轮胎等线性特性线性2自由度(2DOF)车辆模型是车辆动力学研究中最基础和常用的模型之一。该模型通过合理的简化和线性化假设，抽象出车辆纵向和横向的运动特性，为后续的车辆稳定性、操纵性和安全性分析提供了理论基础。

车辆运动学模型坐标系定义定义车辆的三维坐标系,包括地理坐标系、车体坐标系和轮胎坐标系,为后续的运动学分析奠定基础。车身几何参数确定车身的长、宽、轴距等几何尺寸参数,这些参数直接影响车辆的转向性能和稳定性。轮胎运动学分析车轮的滚动和转向运动,建立轮胎的几何模型,描述轮胎的位置、速度和加速度等运动学特性。

车辆动力学模型1车辆运动分析描述车辆对外力作用产生的加速度、速度、位移等变化2车轮-地面力分析车轮与路面之间的摩擦力和侧向力3车身质量分布考虑车身重量和惯性矩的影响车辆动力学模型描述了车辆运动时各种外力及车身质量特性对车辆加速度、速度和位移等运动学量的影响。这是分析和设计各种车辆控制系统的基础。我们需要建立横向、纵向和转向角动力学三个子模型来全面描述车辆的动力学特性。

车辆纵向动力学1发动机动力输出发动机根据油门开度输出相应的扭矩,从而驱动车辆前进。这是车辆纵向动力学的起源。2车轮-地面摩擦力车轮与路面之间的纵向摩擦力是推动车辆前进的关键力。这种力与车轮滑移率和路面附着系数有关。3车身纵向运动在推动力和阻力的作用下,车身产生纵向加速度,最终达到一定的车速。这就是车辆纵向动力学的核心过程。

车辆横向动力学1侧偏角车轮在地面上产生的侧向力会导致车轮偏离前进方向,产生侧偏角。侧偏角的大小依赖于轮胎特性和车辆转向角。2横摆角速度车辆在水平面上产生的旋转角速度,即横摆角速度。它反映了车辆对转向的响应。3侧滑角车辆在水平面上的横向运动与行驶方向之间的夹角,即侧滑角。它表示车辆的横向稳定性。

车辆横摆角动力学1横向力由轮胎侧偏力产生2滚转力矩由重力和侧偏力产生3横摆角速度影响转向和稳定性车辆的横摆角动力学描述了车辆在水平面上的转动运动。主要包括车身产生的横向力、滚转力矩和横摆角速度三个方面。横向力是由轮胎侧偏力产生的,影响着车辆的转向和稳定性。滚转力矩则由重力和侧偏力共同作用产生,会导致车辆的横摆运动。而横摆角速度则是车辆水平面旋转运动的关键动态参数,也直接影响着车辆的操纵性和稳定性。

车辆转向角动力学1转向输入驾驶员通过转向盘对车轮转向角进行控制2转向机构将转向盘旋转转换为车轮转向角3转向角动力学描述车轮转向角与时间的变化关系车辆转向角动力学分析了驾驶员输入转向角时，车轮转向角随时间变化的过程。这一过程受车辆动力学特性以及转向机构的影响。了解转向角动力学特性对于车辆稳定性控制和驾驶员转向感受的改善至关重要。

车辆线性化模型简化假设基于车辆运动学和动力学的分析,作出合理假设来简化模型,如忽略高阶项、假设道路平坦等。线性化过程对非线性方程进行泰勒级数展开,并保留一阶项,得到线性化表达式。推导出车辆的状态方程和输入输出方程。模型参数确定根据车辆的几何参数、质量特性和力学性能,确定线性化模型中各个参数的数值,为后续分析奠定基础。

车辆状态空间表示1状态向量用关键状态变量描述车辆动力学2状态空间建立车辆状态方程模型3输入输出定义车辆控制输入和输出车辆状态空间表示是建立车辆动力学微分方程的一种矩阵形式。通过选择合适的状态变量和输入输出变量,可以得到描述车辆纵向、横向和转向等动力学特性的状态空间模型。该模型为后续的车辆控制设计和稳定性分析提供了重要的数学基础。

车辆状态反馈控制1状态空间建模根据车辆线性化模型,建立车辆状态空间表示,包括状态变量、状态方程和输出方程。2状态反馈控制设计状态反馈控制律,通过对车辆状态变量的测量和反馈,实现车辆稳定性和操纵性的提高。3控制器设计采用极点配置法或LQR方法,设计状态反馈控制器,使车辆在闭环系统中具有理想的动态性能。

车辆状态观测器设计1状态测量车身横摆角速度、转向角等2状态观测器利用来自传感器的测量输入,预测车辆状态3状态反馈控制利用观测到的车辆状态进行闭环控制设计车辆状态观测器是实现车辆稳定性控制与操纵性控制的关键。基于来自车身运动传感器的测量信息,通过状态观测器预测车辆当前的状态变量,为上位控制器提供反馈。观测器的设计应充分考虑车辆模型的不确定性,具有良好的鲁棒性与观测收敛特性。

车辆稳定性分析动态稳定性分析车辆在紧急操作或外界干扰下的响应,评估车辆保