为了提高四轮转向(4WS)汽车的操纵稳定性和主动安全性,建立汽车二自由度四轮转向模型和系统状态方程,应用LQR最优控制理论建立了以横摆角速度和质心侧偏角为优化目标的四轮转向线性控制二次型最优控制模型,并基于路径跟踪策略建立预瞄驾驶员方向控制模型。基于"人-车-路"闭环控制系统,在Matlab/Simulink、CarSim联合仿真环境下对普通前轮转向、前后轮转角比例控制、LQR控制的控制效果进行验证。结果表明LQR控制器能够很好地改善汽车质心侧偏角和横摆角速度的动态响应特性,高速控制效果最佳,基于LQR控制的4WS汽车具有更好的道路循迹能力、高速稳定性和主动安全性。

这里研究在不同冲击度约束下智能汽车换道轨迹的优化问题。采用五次多项式作为车辆的换道轨迹模型,以自车速度、加速度以及冲击度为约束条件,兼顾车辆换道过程的安全性、舒适性和效率,用序列二次规划(SQP)算法对换道轨迹进行优化求解,得到最优换道运动轨迹;为研究冲击度约束设置对换道的影响,设计了换道轨迹求解的图形用户界面,根据换道耗时将换道模式分为激进型、普通型和舒适型,得到不同换道模式下冲击度限值,为智能汽车换道轨迹规划提供参考。

尾翼是改善高速车辆行驶稳定性的重要装置。利用CATIA软件建立了MIRA三维模型,对其外流场进行了数值模拟,利用Profili软件对尾翼进行了设计,对加装尾翼高速轿车的外流场进行数值模拟,分析了尾翼的翼型与攻角形式对高速轿车气动升力的影响。结果表明,随着翼型的弯曲程度逐渐增大,升力系数逐渐减小,当尾翼翼型为S1223型,整车气动升力系数最大;随着攻角增大,汽车阻力系数逐渐增大,而升力系数逐渐减小。

利用CATIA软件建立了MIRA阶梯背模型,基于CFD技术对其外流场进行了数值模拟,并对数值模拟结果的可靠性进行了验证;在此基础上,研究了尾翼的翼型、攻角、端板形状对整车气动特性的影响。结果表明,尾翼的加装使整车的下压力增大,但阻力略有增加,其中S1223型尾翼的安装使整车的下压力增加的最多;阻力系数随着攻角度数的增大而增大,升力系数随着攻角度数的增大而减小,当尾翼的攻角为18°时,可获得较大的下压力以及较小的阻力;拼接型端板尾翼使整车的下压力增加的最多,高达14.84%,阻力系数增加了6.96%。