应用螺旋理论预测车辆动态行为特征的方法技术

本发明专利技术提供了一种预测车辆动态行为特征的方法，其包括：开发用于准静态分析的车辆模型；进行车辆在转弯状态下受专门的横向力作用时的准静态分析；通过准静态分析，基于车辆模型关于地面的刚体位移确定有限螺旋轴线；确定由有限螺旋轴线的偏移形成的固定螺旋轴线表面；计算车辆模型在初始转弯状态下的行为中，相应于横向力的螺旋参数的变化率；基于固定螺旋轴线表面和螺旋参数的变化率估计横向摆动行为。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
准确地预测车辆运动特征是非常困难的事情。但是，这些特征非常重要，可能会影响驾驶员的疲劳程度以及车辆的操作性能和稳定性。因此，当开发一种新车时，要预先确定该车辆运动特征的设计目标，并且车辆的整个几何形状要确定以达到预定的设计目标。如果在车辆开发之前没有预测车辆的运动特征，则需要进行各种试验，那么开发费用就大幅度增加，设计失败的可能性也会增加。因此，在车辆开发过程中，所采用的悬架系统被首先设计好，在制造实际车辆之前对悬架系统的性能进行估计。重复这一过程直到估计结果达到目标标准。然后制造出车辆，通过实际车辆试验再次测试悬架系统的性能。目前已经设计出多种评估悬架系统性能的方法，这些方法广泛应用于车辆开发中。然而，这些传统的方法具有很多缺点，至今仍有许多问题没有解决。在传统方法中，前悬架几何形状和后悬架几何形状被独立设计，悬架性能通过调整前悬架系统和后悬架系统的校准元件进行优化。但是，车辆的横向摆动行为(roll behavior)受到前轮悬架和后轮悬架的相对变化的影响，因此通过分别估计前轮悬架和后轮悬架进行车辆的横向摆动行为的优化是很困难的。因此，需要一种方法能够通过同时估计前轮悬架和后轮悬架的变化来预测车辆的横向摆动行为。本专利技术背景中包括的信息只是为了加深对本专利技术背景的理解，并不作为承认或任何型式的建议该信息构成该领域技术人员所熟知的现有技术。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是应用由准静态分析和其变化率获得的参数提供车辆的动态行为参数，因此可以预测驾驶安全系数。在本专利技术的一个优选实施方案中，预测车辆悬架的动态行为参数的方法包括开发准静态分析的车辆模型；在转弯状态下执行车辆模型的准静态分析，在该转弯状态下车辆模型上作用有一专门的横向力；通过准静态分析确定车辆模型相对于地面的刚体位移的有限螺旋轴线；确定由有限螺旋轴线偏移形成的固定螺旋轴线表面；计算当车辆模型在初始转弯状态下运动时，关于横向力的螺旋参数的变化率；以及基于固定螺旋轴线表面和螺旋参数的变化率估计横向摆动行为。优选地，车辆模型体通过一个弹簧连接到轮胎与地面的接触面上，使得由垂直方向的载荷引起的轮胎变形可以被表述，其中轮胎与地面的接触面设置为没有垂直移动，并且没有横向的结构约束力的情况下，作用在车辆模型上的横向力保持平衡。优选地，通过在车辆模型的重心施加一个以预定速率增加的的横向力，且给轮胎与地面的接触面施加对应的横向力来实现横向力的平衡。优选地，根据力的平衡，车辆模型在结构上将向前/向后的方向约束住，以便于确定力矩平衡。优选地，前轮设置为被约束，后轮设置为承受向前/或向后运动，使得转动行为过程中由轮胎与地面的接触面向前/向后运动产生的轴距的变化可以被反映出来，其中轮胎与地面的接触面的向前/向后运动是由前、后轮的几何形状引起的。优选地，在车辆的所有向前/向后的约束被去掉，并且在一个正弦近似函数获得的值用作前轮位移约束条件的状态下撞击并回弹车辆时，前轮胎与地面的接触面向前/向后的位移被测量。优选地，在准静态分析中，当比较一组不同车辆模型的准静态分析的结果时，前轮外倾变化趋势(camber change tendency)和车轮倾斜变化趋势(toe change tendency)设置为模型间的一个相同的值，每一模型初始位置的横向摆动中心都设置为相同的。优选地，在估计横向摆动行为的步骤中，固定螺旋轴线与一个通过前轮中心并垂直于车辆行驶方向的表面相交的点作为前轮的横向摆动中心。固定螺旋轴线与通过重心的表面相交的点作为重心的横向摆动中心。固定螺旋轴线与穿过后轮中心的一个表面的相交的点作为后轮的横向摆动中心，其中三点处横向摆动中心的变化趋势被估计。又，优选地，螺旋参数包括涉及车辆模型的重心的垂直偏移的一个第一位置参数、涉及车辆模型的重心的横向偏移的一个第二位置参数、涉及车辆模型的纵向摆动运动(pitch motion)的第一方向参数、涉及车辆模型的左右摆动(yaw motion)的第二方向参数以及涉及转向速度的纵向摆动参数。在本专利技术的另一优选实施方案中，预测车辆的动态行为参数的方法包括通过准静态车辆模型的分析确定固定螺旋轴线的螺旋参数和螺旋参数的变化率；基于已确定的螺旋参数和螺旋参数的变化率估计车辆的横向摆动行为。优选地，所述的确定包括在准静态车辆模型的重心上施加以预定的速率增加的横向力，在准静态车辆模型的每一轮胎与地面的接触面上同时施加相应的横向力，使得横向上的力和力矩保持平衡；基于准静态车辆模型相对于地面的运动确定固定螺旋轴线的螺旋参数及螺旋参数的变化率。优选地，螺旋参数包括涉及固定螺旋轴线的横向位置的一个横向位置参数，并且如果横向位置参数的变化率值是负数，则车辆的重心被估计得偏低，如果横向位置参数的变化率值是正数，则车辆的重心被估计得偏高。优选地，螺旋参数包括涉及固定螺旋轴线的垂直位置的一个垂直位置参数，并且估计如果垂直位置参数的变化率值为负数，车辆重心的横向偏移和横向摆动角将减少。优选地，螺旋参数包括螺旋轴线的单位矢量的一个横向分量，并且估计如果横向分量的变化率值是负值时，车体向前倾斜；如果横向分量的变化率值是正值时，车体向后倾斜。优选地，螺旋参数包括螺旋轴线的单位矢量的一个垂直分量，并且基于垂直分量的变化率估计左右摆动行为。优选地，螺旋参数包括一个涉及车辆平移的一个纵向摆动参数，并且估计如果纵向摆动参数的变化率值是正值，则车辆沿螺旋轴线向前移动；如果纵向摆动参数的变化率值是负值，则车辆沿螺旋轴线向后移动。更优选地，准静态车辆模型包括一个车体，以及通过弹簧连接到车体上的与地面接触的轮胎上的接触面，其中轮胎与地面的接触面被设置为在横向上无约束。附图说明附图作为说明书的一部分，与说明书结合来例示本专利技术的实施方案，并用以说明本专利技术的原理，其中图1显示三维空间中的刚体运动；图2为解释车辆旋转轴线参数的框图；图3用来解释准静态车辆模型的一个固定螺旋轴线表面和移动螺旋轴线表面之间的关系；图4是根据本专利技术的优选实施方案，预测车辆横向摆动行为方法的流程图；图5是准静态车辆模型的横向结构图；图6是准静态车辆模型的纵向结构图；图7显示根据准静态车辆模型中的前轮几何形状的左右摆动行为；图8显示准静态车辆模型中的固定螺旋轴线表面。表1是说明应用螺旋参数变化率预测车辆性能的概括表。具体实施例方式下面，将结合附图详细说明本专利技术的一个优选实施方案。图1显示了本专利技术的理论背景三维空间中的刚体运动由旋转运动和平移组成。当产生这两种运动时，运动可以被定义为关于一个参考轴线的螺旋运动。采用这种螺旋运动分析刚体运动的方法通常被称为螺旋理论。根据本专利技术的优选实施方案的方法利用了螺旋理论。螺旋运动的参考轴线可以被称作有限螺旋轴线。如图1所示，当刚体M从位置p1移动到位置p1时，轴线SA是两位置p1和p2的有限螺旋轴线。刚体的任何运动可以被定义为螺旋轴线运动。考虑到这一现象，如图2所示，车辆的固定旋转轴线参数由七个参数组成，其包括位置向量(x，y，z)的三个位置分量，单位方向矢量(ux，uy，uz)的三个方向分量，以及关于旋转轴线的一个偏移分量Spitch。位置参数x可以为旋转轴线上的任何值，在本专利技术的一个优选实施方案中，其可以作为对应车辆重心的一个坐标值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于预测车辆动态行为特征的方法，其特征在于包括：开发一个用于准静态分析的车辆模型；在作用有专门的横向力的转弯状态下作车辆模型的准静态分析；通过准静态分析，根据车辆模型相对地面的刚体位移确定有限螺旋轴线；确定通过有限螺旋轴 线的偏移而形成的固定螺旋轴线表面；计算当车辆模型在初始转弯状态下运动时螺旋参数相对于横向力的变化率；以及估计基于固定螺旋轴线表面和螺旋参数变化率的横向摆动行为。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李彦求，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]