基于逆动力学的汽车最速操纵性能评价与优化

People more and more pay attention to improve the national vehicle’s high speed performance in China. This project will avoid the problem of driver model parameter uncertainty, study driver's steering wheel handling input in vehicle minimum time handling problem by inverse dynamics thought, establish the performance evaluation index of vehicle minimum time handling, and optimize the vehicle structural parameters. This study will transform the problem of vehicle minimum time handling into the optimal control, establish the inverse dynamics model of vehicle minimum time handling, and get the handling input model of driver's steering wheel using the direct parallel - Sequential Quadratic Programming mixing. Considering the factors of safety, time, driver, this project will build the simulational objective evaluation index model of minimum time handling performance using mathematical modeling methods, based on real vehicle testing estimate the subjective evaluation model of vehicle minimum time handling performance by multi-level fuzzy comprehensive methods, and verify the rationality of objective and subjective evaluation model adopting regression method to replace the subjective evaluation by objective evaluation, and optimize the structural parameters reflecting the vehicle minimum time handling performance using genetic algorithm. Research results can provide new ideas and methods for vehicle handling dynamics, and provide theoretical basis for improving national vehicle high speed and safety, thus have important scientific significance. Moreover, the results can provide theoretical guidance for the training of race car drivers, and apply to performance design of high-speed vehicles, thus have a good prospect.

目前国产汽车高速行驶性能的提高越来越受到重视。本项目避开驾驶员模型参数不确定性问题，以逆动力学思路研究汽车最速操纵问题中驾驶员方向盘操纵输入，建立最速操纵性能评价指标，优化汽车结构参数。通过把汽车最速操纵问题转化为最优控制，建立最速操纵逆动力学模型，运用直接配置-序列二次规划混合法得到驾驶员对方向盘操纵输入模型；考虑安全性、时间、驾驶员等因素，运用数学建模方法建立最速操纵性能仿真客观评价指标模型，基于实车试验，运用多级模糊综合评判方法对汽车最速操纵性能主观评价，运用回归方法研究其相关性，验证客观评价指标模型合理性，实现以客观评价代替主观评价；运用遗传算法优化反映汽车最速操纵性能的结构参数。成果能为汽车操纵动力学提供新研究思路与方法，为提高国产汽车高速行驶性和安全性提供理论基础，具有重要科学意义；能对赛车驾驶员训练提供理论指导,能应用于高速汽车性能设计，具有良好应用前景。

目前国产汽车高速行驶性能的提高越来越受到重视。本项目避开驾驶员模型参数不确定性问题，以逆动力学思路研究汽车最速操纵问题中驾驶员方向盘操纵输入，建立最速操纵性能评价指标，对汽车最速操纵性能进行了优化。. （1）建立了汽车操纵动力学模型；引入方向盘转角、驱动力方程组以及航向角方程，将汽车操纵动力学模型转化为汽车操纵逆动力学模型；引入性能指标、控制集以及各种约束条件，建立了汽车最速操纵最优控制模型，运用改进直接多重打靶非线性规划方法求解改模型。通过对比ADAMS/Car和MATLAB仿真结果，验证了建立的汽车最速操纵逆动力学模型合理可行。. （2）在现有汽车操纵稳定性评价指标的基础上，增加动力性评价指标、抓地能力评价指标和响应性评价指标，提出汽车最速操纵综合评价指标；基于ADAMS/Car对汽车进行双移线仿真试验，得到汽车最速操纵的各单项评价指标和综合评价指标仿真结果。. （3）建立了汽车最速操纵稳定性主观评价体系；基于模糊层次分析法，构建三角模糊数互补判断矩阵，得到各层评价指标权重系数；对12辆样车进行汽车最速操纵性能主观评价。采用多元线性回归分析主观评价得分与客观评价指标分值之间的相关度。结果表明，所建立的主观评价得分和客观评价指标分值相关程度较高。. （4）以悬架侧倾中心高度，等效侧偏刚度为优化目标；并在优化侧倾中心高度的同时考虑侧倾转向系数，将侧倾转向系数加入优化目标，尽量减少侧倾中心高度变化对侧倾转向系数影响；结合Insight灵敏度分析，分析硬点坐标及衬套刚度，确定优化变量。根据汽车最速操纵评价指标，利用ADAMS对优化前后模型进行对比分析。结果表明优化后汽车最速操纵评价指标变小，汽车最速操纵稳定性提高。. 以上成果能为汽车操纵动力学提供新研究思路与方法，为提高国产汽车高速行驶性和安全性提供理论基础，具有重要科学意义；能对赛车驾驶员训练提供理论指导，能应用于高速汽车性能设计，具有良好应用前景。