南京航空航天大学硕士学位论文
驾驶员—四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究
姓名：林棻申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：赵又群
20050401
南京航空航天大学硕士学位论文摘要论文以四轮转向汽车为研究对象。深入研究了汽车开环系统和驾驶员一汽车闭环系统的运动稳定性。论文的主要工作如下：１．建立了线性二自由度角输入四轮转向汽车开环系统模型，把人的因素考虑到操纵控制中去，引入郭孔辉院士提出的驾驶员模型，在此基础上推导出驾驶员一四轮转向汽车闭环系统模型及其状态方程。２．运用现代动力学运动稳定性理论，对前轮转向的汽车开环系统与驾驶员一汽车闭环系统的运动稳定性进行了比较，研究了不同前、后轮转向比控制参数下四轮转向汽车的运动稳定性。３．运用非对称矩阵特征值问题的矩阵摄动理论和动力学系统结构参数灵敏度理论，定量地揭示了单个和多个汽车参数对驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性影响的内在规律。４．提出一神求解菲对称区间矩阵特征值问题的优化方法，并将其运用到驾驶员熟练程度对汽车运动稳定性影响的研究中。综上所述，本文揭示了汽车开环系统和驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性的内在规律性和相互关系。研究结论不但可以指导四轮转向汽车和前轮转向汽车运动稳定性的设计。从而改善汽车的操纵性能，丽且对汽车动力学及其控制系统的研究也具有一定的借鉴价值。关键词：四轮转向汽车，驾驶员一汽车闭环系统，运动稳定性，矩阵摄动理论，区间矩阵驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｆｏｕｒｗｈｅｅｌｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（４ＷＳ）ｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳｏｐｅｎ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｄｒｉｖｅｒ－ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈａｒｅ：４ＷＳｃｌｏｓｅｄ?ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｕｒｐｏｓｅｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ１．Ｆｉｒｓｔ，ａｔｗｏｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｌｉｎｅａｒｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｇｌｅｉｎｐｕｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｒｉｖｅｒａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｂｙＧｕｏＫｏｎｇｈｕｉ’ｓＤｒｉｖｅｒＭｏｄｅｌ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｄｒｉｖｅｒ－ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳａｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ．ａｒｅ２．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｖｅｈｉｃｌｅｏｐｅｎ—ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｄｒｉｖｅｒ－ｖｅｈｉｃｌｅｃｌｏｓｅｄ?ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙｏｆｄｙｎａｍｉｃｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｆｒｏｎｔｗｈｅｅｌａｎｄ３．Ｂｙｕｓｉｎｇｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ４ＷＳｉｓｓｔｕｄｉｅｄｗｈｅｎｔｈｅｓｔｅｅｆｉｎｇｒａｔｉｏｓａｒｃｒｅａｒｗｈｅｅｌ．ｍａｔｒｉｘｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｒｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｒｅｖｅａｌｅｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｏｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄ，ｓｏｍｅｉｎｈｅｒｅｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｎｏｒｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｒｉｖｅｒ－ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｌｅｍｕｌｔｉｐｌｅｖｅｈｉｃｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｖａｒｉｅｄ．ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒ４．Ａｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｐｒｏｂｌｅｍｗｉｔｈｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｎｔｅｒｖａｌｍａｔｒｉｃｅｓ．Ａｎｄｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｌｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｄｒｉｖｅｒｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎｖｅｈｉｃｌｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｓｏｍｅｉｎｈｅｒｅｎｔｒｕｌｅｓａｎｄｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳｏｐｅｎ—ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｄｒｉｖｅｒ－ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｃａｌｌａｒｅｒｅｖｅａｌｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｔｄｉｒｅｃｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｔｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｖｅｈｉｃｌｅｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃａｎｃａｎａｎｄｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳ．Ｔｈｕｓ，ｖｅｈｉｃｌｅａｌｓｏｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈ４ＷＳ，Ｄｒｉｖｅｒ－ＶｅｈｉｃｌｅＣｌｏｓｅｄ?ＬｏｏｐＳｙｓｔｅｍ，ＭｏｔｉｏｎＳｔａｂｉｌｉｔｙＭａｔｒｉｘＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ，ＩｎｔｅｒｖａｌＭａｔｒｉｘ承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日鳖２０Ｄ５．３．１８期：驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究注释表符号意义符号意义４ＷＳ四轮转向系统ｋ２后轴轮胎综合侧偏刚度之和６，后轮转角，：整车绕铅垂轴转动惯量６，前轮转角口整车质心至前轴距离尺前后轮转向比６整车质心至后轴距离ｍ整车质量乃驾驶员神经反应滞后时间卢整车质心侧偏角瓦驾驶员操纵反应滞后时间“汽车前进速度ｒ驾驶员预瞄时间Ｖ汽车侧向速度瓦校正时间ｒ汽车绕ｚ轴横摆角速度６刑实际方向盘转角卢１前轴侧偏角盛理想方向盘转角卢：后轴侧偏角口跟随阶数吨前轴中点车速Ｃｏ校正参数ｕ２后轴中点车速七稳定性因数亭，地与ｘ轴夹角“ｄ特征车速｝ｕ，与ｘ轴夹角／，／ｏｒ临界车速Ｋ前轮侧偏力ｋ。特征值实部变化下界Ｅ后轮侧偏力Ａ瑚；特征值实部变化上界屯前轴轮胎综合侧偏刚度之和ｆ