裝配圖YC1040載貨汽車底盤總體及制動器設(shè)計(jì)

裝配圖YC1040載貨汽車底盤總體及制動器設(shè)計(jì),裝配,yc1040,載貨,汽車底盤,總體,整體,制動器,設(shè)計(jì) 汽車司機(jī)系統(tǒng)的研究處理M. Lin, A. A. Popov and S. McWilliam劉夢華 譯摘要：汽車駕駛系統(tǒng)為汽車設(shè)計(jì)處理分析提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這份文件旨在對有關(guān)汽車與司機(jī)互動中的司機(jī)操作和速度控制提供指導(dǎo)。通常的汽車駕駛數(shù)學(xué)模型通過數(shù)字化的模擬演習(xí)來落實(shí)，并處理那些理典型特征。 隨著當(dāng)今汽車底盤廣泛采用了信息技術(shù)和電子系統(tǒng).。人的因素已構(gòu)成對車輛的模擬研究處理的新問題。這里所推薦的模型為研究有積極影響干預(yù)的底盤系統(tǒng)的汽車駕駛系統(tǒng)提供了工具。關(guān)鍵詞：司機(jī)-汽車系統(tǒng)、汽車動態(tài)、駕駛員的行為、 底盤提高系統(tǒng)1 引言近來，由于在車輛發(fā)展中越來越多地采用虛擬原型車，汽車在虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)處理也廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究與制造兩個(gè)領(lǐng)域。為了處理模擬汽車，開發(fā)者需要汽車動態(tài)模擬模型(VDSMS)。自從20世紀(jì)60年代以來，汽車動態(tài)模型的各種應(yīng)用已經(jīng)得到了開發(fā), 包括動態(tài)分析、交互式模擬駕駛、車輛檢驗(yàn)等復(fù)雜的模型，按規(guī)定的程序解決特定問題。從整個(gè)動態(tài)模擬的過程中可以看出，車輛和司機(jī)是一個(gè)緊密結(jié)合的人工機(jī)械系統(tǒng)，汽車和司機(jī)的相互作用行為起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，出于人工機(jī)動性的考慮，汽車底盤提高系統(tǒng)被引入車輛，目標(biāo)是把環(huán)境對安全、穩(wěn)定、舒適的影響減至最低，不過，有人認(rèn)為，在某些情況下，這些提高底盤系統(tǒng)是弊多于利的。在9電子增強(qiáng)系統(tǒng)的上下文中明確的指出，評估汽車駕駛系統(tǒng)的質(zhì)量包括不同的質(zhì)量問題和設(shè)計(jì)矛盾。這牽涉到司機(jī)的行車速度控制及其定向/督導(dǎo)管理，直到最近才獲得重視。由Palkovics and Fries 8提供的對重型汽車底盤加強(qiáng)的詳細(xì)審查制度，包括諸如剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)、牽引控制系統(tǒng)(TCS)，后橋督導(dǎo)制度和動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。因此建議把司機(jī)考慮到控制系統(tǒng)中。因?yàn)樗緳C(jī)是組成系統(tǒng)必需的。為了使汽車易于控制, 可鼓勵(lì)司機(jī)駕駛接近到汽車的極限，因此影響了原定的安全性。在以下的部分中將介紹一種基本的4-DOF（縱向，橫向，側(cè)傾，旋轉(zhuǎn)）汽車模型和駕駛控制模型。駕駛模型可以控制汽車前橫擺角的特定結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)驗(yàn)性的感覺縱向加速誤差。在第4部分，將評論汽車駕駛交互作用。這個(gè)仿真系統(tǒng)將在第5部分中用來分析包括在狹窄道路上的變向和在轉(zhuǎn)彎時(shí)的剎車制動操作。2 車輛模型汽車模型用一個(gè)4自由度的模型來描述4：縱向，橫向，側(cè)向，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。如圖1所示，雖然懸架沒有包含在這個(gè)模型里，但模型中采用了簡化的描述，把車身旋轉(zhuǎn)假設(shè)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，該軸固定在車身前后輪軸的旋轉(zhuǎn)中心的頂點(diǎn)。模型參數(shù)在附錄中有說明。 圖 1 汽車模型Fxf, Fxr, Fyf, Fyr和Fzf, Fzr 是汽車車軸參數(shù)分別表示橫向垂直受力，r表示橫擺率，p和分別表示滾動率和側(cè)傾角。前后輪的側(cè)偏角和車輪外傾角和 可被定義為汽車運(yùn)動變量術(shù)語。當(dāng)汽車勻速行駛時(shí)縱向運(yùn)動可以從運(yùn)動方程式中消去。非線性汽車模型的動力學(xué)包括非線性輪胎特性，這將在7“不可思議的規(guī)則”中模擬到。橫向和縱向的傳輸負(fù)荷的影響通過特定近似值來估算10。假設(shè)一個(gè)固定的滾動軸位置，前后輪的橫向路面?zhèn)鬏斬?fù)荷表達(dá)式為：橫向路面?zhèn)鬏斬?fù)荷在各種汽車前進(jìn)速率計(jì)算時(shí)，用下式估算：3 通過道路駕駛行為預(yù)覽顯然，只有汽車本身不可能維持想得到的路徑。這就需要結(jié)合司機(jī)駕駛模型。司機(jī)對進(jìn)行中的操縱控制行為有視覺的和動作的反饋。通過道路駕駛行為，可以預(yù)覽包含了建立在對命令理解感知基礎(chǔ)上的行為。對于方向的操縱控制，司機(jī)可以用預(yù)演行為在彎路上行駛，汽車將在給出的轉(zhuǎn)向角下通過彎路。因此司機(jī)可以根據(jù)水平道路曲率給出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向角，剩余的路線轉(zhuǎn)移可以通過補(bǔ)償性的控制行為處理。對于速度控制，雖然恰當(dāng)?shù)母杏X路面等級比理解水平曲面圖表困難的多且不夠精確，司機(jī)還是可以設(shè)法根據(jù)路況調(diào)整節(jié)氣門開度角等級。3.1 方向的操縱控制對于駕駛者的視覺反饋，這里給出基于Donges 3的計(jì)劃策略下建立的雙標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)見性和補(bǔ)償性）駕駛操作系統(tǒng)模型。司機(jī)通過預(yù)先的調(diào)節(jié)盡力控制駕駛?cè)ミm應(yīng)路線位置，操縱汽車在彎路上的行駛，改變路線或繞開障礙物。對于不可預(yù)見的路面干擾，司機(jī)必須用補(bǔ)償性的操作抵消這些干擾，在路線中隨機(jī)的操縱汽車。對于預(yù)見性控制，韋爾和馬克瑞爾12提出的控制前側(cè)偏角和側(cè)向位置或航向角和側(cè)向位置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了閉合回路特性。因此，這里假定司機(jī)通過對前橫擺和路線位置誤差的感覺逐步進(jìn)行修正操作。在系統(tǒng)中通過一個(gè)預(yù)先的行為在汽車固定軸X上設(shè)置一個(gè)P點(diǎn)。表2圖解了通過路線事先查看的駕駛行為。下面給出一個(gè)相對于預(yù)置點(diǎn)想得到的路線的綜合項(xiàng)誤差： ye是路線位置誤差，LP是預(yù)設(shè)距離，和是在X軸和直線AP間的車頭方位角，分別代替車頭方位和路線位置誤差百分比。駕駛者僅僅需要感覺預(yù)設(shè)點(diǎn)沿著路線的角誤差 。這里的預(yù)設(shè)距離LP是由汽車的前進(jìn)速度和預(yù)演時(shí)間TP構(gòu)成，這是符合我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)的,車速越慢,司機(jī)看的在距離越近，車速越高,看到的距離越遠(yuǎn)。在馬克瑞爾的跨越式模型中，司機(jī)的補(bǔ)償反饋控制被確定為綜合的角度誤差調(diào)整功能。它包括三部分：增加量G用來放置道路轉(zhuǎn)向角綜合項(xiàng)誤差的補(bǔ)償量，引導(dǎo)術(shù)語抵消司機(jī)感知汽車輪胎延時(shí)，滯后術(shù)語相當(dāng)于神經(jīng)延誤，時(shí)間延誤近似司機(jī)反應(yīng)時(shí)間的延遲。 圖2 示范道路駕駛通過預(yù)演對司機(jī)的運(yùn)動反饋，根據(jù)人體器官執(zhí)行的動作和重力作用的方位提供的信息，在1中，艾倫注釋到橫擺率可以設(shè)置為運(yùn)動反饋原理。運(yùn)動反饋提供了司機(jī)補(bǔ)償汽車橫擺率遲滯的引導(dǎo)。3.2 速度控制 各種情況下的速度控制都很重要，包括在安全方面的彎路上行駛的加速級別，對速度極限的反應(yīng)和避開緊急情況的急剎車。在直線運(yùn)行時(shí)司機(jī)保持指定的速度，當(dāng)司機(jī)發(fā)現(xiàn)有弧度,速度則相對減少,以維持理想的橫向加速。司機(jī)速度控制的定則可以用圖表3（a）描述。司機(jī)發(fā)出符合理想變速的減速命令，并感覺減速誤差。尤其當(dāng)電子控制底盤，像剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)、牽引控制系統(tǒng)(TCS)等等被使用后，速度控制更必不可少。從這些控制系統(tǒng)的工作原理我們可以看到, 大部分都是在緊急情況下啟動，因此速度控制是不可逃避的。舉例來說,通過加入有效的ABS，制動踏板力和汽車減速之間的關(guān)系如圖3（b）所示，由上述的使用關(guān)系和速度控制規(guī)律，這樣的電子控制評價(jià)效果還是可行的。 圖3 (b)駕駛速度控制規(guī)律 （a）ABS 系統(tǒng)特性4 汽車駕駛互動4.1 沒有速度控制的汽車控制動力學(xué) 鑒于上汽車和司機(jī)的述動態(tài)特征，可以給出一個(gè)沒有速度控制的汽車控制模型方框圖如圖表4所示。假定車輛以不變的速度前進(jìn)。汽車的橫向速度v,側(cè)傾率r,橫擺率p由操縱輸入到汽車運(yùn)動方程式。汽車的橫向速度,側(cè)傾率是在司機(jī)直接控制下的，雖然橫向運(yùn)動沒有由司機(jī)直接控制，它仍然影響到司機(jī)的行為，尤其當(dāng)汽車前進(jìn)變量描述被引進(jìn)時(shí)。動力學(xué)方程式中，可以由汽車的橫向速度與側(cè)傾率提供汽車的方向角和橫向路徑位置。最后將由司機(jī)根據(jù)復(fù)合項(xiàng)誤差做出糾正性操作。作為封閉性的分析，有兩個(gè)輸入系統(tǒng) ，一個(gè)是路徑命令，一個(gè)是最初的汽車方向角。汽車將被按照路徑命令操作，幫助補(bǔ)充矯正視覺誤差。然而，隨著交互式方程式的應(yīng)用，在模擬中會發(fā)現(xiàn)側(cè)向偏差（表5（a），可以假設(shè)司機(jī)繼續(xù)操縱直到汽車的形式姿態(tài)與沿著路徑的預(yù)設(shè)點(diǎn)相符合。這種方法最終消除了汽車行駛姿態(tài)的誤差，但是不能糾正路徑位置誤差。通過在系統(tǒng)中加入一個(gè)并行的積分器，可以消除這個(gè)補(bǔ)償誤差（表5（b）。這個(gè)積分器的功能是補(bǔ)償綜合項(xiàng)誤差，這個(gè)誤差包括車頭方位誤差和路徑位置誤差（表4）。它對路徑位置比只有積分器更快的產(chǎn)生補(bǔ)償。轉(zhuǎn)向角誤差轉(zhuǎn)換綜合項(xiàng)誤差的機(jī)能可以用下式定義：4.2 駕駛員-汽車動力與速度控制當(dāng)速度控制被關(guān)注的時(shí)候，司機(jī)汽車相互作用是駕駛員橫向和縱向操縱的結(jié)果，這在更高的層面反映了司機(jī)的控制作用。表6圖解了相互作用的結(jié)構(gòu)。表6的上部分描述了司機(jī)方向控制行為，下部分描述了速度控制行為。通過觀察道路車輛的反應(yīng)和反饋信息,，他們之間的關(guān)系就可以處理了。圖4 車輛定向控制系統(tǒng)模型（a）沒有積分器 （b）有積分器圖5 平行合成效果 表6 汽車駕駛互動控制5 績效分析5.1 雙車道車速改變沒有速度控制的車輛控制模式同樣適用于這里的雙車道操作，附錄指出了車輛的參數(shù)。表7顯示系統(tǒng)的反應(yīng)。可以看出，道路信息輸入使得汽車的執(zhí)行分析是可能的?？梢钥闯?道路信息的加入使得汽車性能分析更合理。司機(jī)沿著ISO標(biāo)準(zhǔn)雙車道以不變的前進(jìn)速度80km/h變換操作。因此司機(jī)的操作輸入是由理想的運(yùn)動路徑?jīng)Q定的，該路徑通過預(yù)設(shè)距離LP上聯(lián)接器的預(yù)設(shè)點(diǎn)。同時(shí)也取決于司機(jī)對汽車的反應(yīng)習(xí)慣。如圖表7所示，這個(gè)操縱要求汽車在最初的車道上行駛15米，然后在30 米內(nèi)側(cè)向轉(zhuǎn)位3.5米后改變行車路線，保持這一路徑25米，又在接下來的25米內(nèi)回到最初的路線。司機(jī)要在沒有觸及膠線劃定的情況下順利完成所需的操作。輕微的延誤和超前不會引起不穩(wěn)定。其他結(jié)果顯示雙車道變換回應(yīng)的W形特點(diǎn)。該系統(tǒng)反應(yīng)了1.6的方向盤轉(zhuǎn)角（圖7（b），它造成約0.4g峰值橫向加速度（圖7(c)）。這超出了一般驅(qū)動器要求。選擇2可以防止輪胎的峰值接近飽和，它具有模型的自然頻率和阻尼特性。 圖7 雙車道短暫反應(yīng)變化 速度不變V=80km/h 駕駛參數(shù)：(G = 0.35, = 0.1s, TL = 0.1s,TI = 0.2s, K = 0.05, Km = 0.01, TP = 1s)5.2 彎道剎車情況現(xiàn)在考慮綜合操作和反制動操作下的汽車駕駛模型的速度控制。圖8說明了模型的反饋特性。司機(jī)進(jìn)入一個(gè)半徑300米的彎道，由于比預(yù)期的要急，導(dǎo)致過度橫向操縱加速，在圖8中大約為0.3g。統(tǒng)計(jì)2，謹(jǐn)慎的司機(jī)在駕駛時(shí)會適當(dāng)?shù)臏p速，因此會減至0.26g,相應(yīng)的速度減到88km/h左右。速度控制規(guī)則以前在3.2章描述過，且指定了制動減速為0.2g.s。要注意的是,如果橫向加速超過0.3g.s (圖.8(b)，駕駛模型開始制動，隨后帶來了0.2g.s的輕微增長(圖8 (a)。這已經(jīng)從實(shí)際的制動過程軌跡得到證實(shí)(圖.8(C)。這是由于后橋轉(zhuǎn)彎的遲滯導(dǎo)致的。在汽車表現(xiàn)出平穩(wěn)的橫向加速狀態(tài)并達(dá)到預(yù)期的速度后，如果轉(zhuǎn)向條件還是不足，司機(jī)可以降低車速,使車輛控制在穩(wěn)定的狀態(tài)。圖8 車輛的轉(zhuǎn)彎剎車反應(yīng)6 結(jié)論和進(jìn)一步研究理想的司機(jī)操縱駕駛和速度控制模型應(yīng)該指定汽車的側(cè)向位置和輕度減速控制的姿態(tài)。這份分析已經(jīng)證明了該模擬系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性。穩(wěn)定的掌舵控制已經(jīng)通過速度變化補(bǔ)償模式實(shí)現(xiàn)。該文件提出的模式旨在評估影響電子底盤提高系統(tǒng)。它為探索現(xiàn)行的底盤系統(tǒng)的效果提供了工具。8