复杂工况下重型汽车的非线性动力学研究

相比普通轿车而言，重型汽车悬架和轮胎均呈现明显的非线性特性。为了提高运输效率，重型汽车经常在高速下长时间行驶，因而会频繁地遇到变更车道、制动、加速和避障等复杂工况。在这种情况下，线性模型带来的误差不容忽视，汽车的垂向、侧向和纵向运动的耦合作用也会对汽车的动力学行为产生较大的影响。但是，目前的垂向、侧向和纵向汽车模型，不能满足复杂工况下的动力学研究需要。本项目拟将汽车垂向、侧向和纵向动力学相结合，建立重型汽车的三向耦合非线性动力学模型，通过非线性动力学理论、数值仿真和动态特性实验，深入研究重型汽车在复杂工况下的非线性响应及分岔、混沌等复杂动力学现象，综合分析汽车的平顺性、操纵稳定性和制动性。本项目的研究可以拓展汽车动力学的研究内容，丰富高维非线性系统的动力学研究方法，为重型汽车的结构设计提供理论指导，具有重要的理论意义和工程应用价值。

相比普通轿车而言，重型汽车悬架和轮胎均呈现明显的非线性特性。为了提高运输效率，重型汽车经常在高速下长时间行驶，因而会频繁地遇到变更车道、制动、加速和避障等复杂工况。在这种情况下，线性模型带来的误差不容忽视，汽车的垂向、侧向和纵向运动的耦合作用也会对汽车的动力学行为产生较大的影响。但是，目前的垂向、侧向和纵向汽车模型，不能满足复杂工况下的动力学研究需要。本项目将汽车垂向、侧向和纵向动力学相结合，针对三轴卡车建立了重型汽车的三向耦合非线性动力学模型，对汽车悬架的刚度和阻尼非线性进行了实验建模，提出了三向非线性轮胎力模型。通过非线性动力学理论、数值仿真和动态特性实验，深入研究了重型汽车在单一和复杂工况下的非线性响应及分岔、混沌等复杂动力学现象，综合分析了汽车参数对平顺性、操纵稳定性和制动性的影响。另外，还建立了非线性重型汽车的虚拟样机模型，仿真了各种工况下的整车响应，进行了悬架参数优化和振动控制研究。最后，将三向耦合汽车模型的计算结果与传统的操纵稳定性模型、平顺性模型和虚拟样机模型相比较，验证了所建模型的有效性。本项目的研究可以为汽车动力学的研究提供新的思路，丰富高维非线性系统的动力学研究方法，为重型汽车的结构设计提供理论指导，具有重要的理论意义和工程应用价值。