Nonlinear dynamics and stability analysis of vehicle plane motio...

本文是一篇关于车辆平面运动的非线性动力学与稳定性分析的研究论文，作者是Shuiwen Shen、Jun Wang、Peng Shi以及Giuliano Premier。他们分别来自Ricardo UK Ltd、清华大学自动化系以及The University of Glamorgan。该论文发表于2007年的《Vehicle System Dynamics》期刊。 在论文中，作者探讨了车辆平面运动系统的动力学和稳定性问题。他们提出了一种新的方法——联合点轨迹法，用以几何方式确定系统平衡点及其相关的稳定性特性。通过这种分析，研究团队发现前轮和后轮转向角度之间的差异在车辆系统动力学中起到了关键作用。此外，他们还观察到相空间轨迹的拓扑结构与之前发表的研究结果有所不同，分叉类型也有所区别。 研究表明，在某些严重非线性区域工作时，通过施加极大的转向角度，车辆系统仍然可以被稳定下来。这一点对于主动转向控制设计来说可能是重要的。然而，研究也指出了稳定平衡点的吸引域非常狭窄，这是一个需要特别注意的问题。 在研究中，作者使用了数值实验来演示所提出技术的潜力。这些技术包括主动转向控制（Active steering control）、分叉理论（Bifurcation）、联合点轨迹法（Joint-point locus method）以及非线性系统动力学（Nonlinear system dynamics）等。 为了更好地理解和分析车辆运动，文中还定义了一系列用于描述车辆运动状态的变量和参数，包括但不限于车辆速度（v）、沿x轴方向的车辆速度（vx）、沿y轴方向的车辆速度（vy）、车辆的偏航角速度（ω）、车辆质量（m）、车辆的偏航转动惯量（I）、两轴间的距离（l）、车辆质心到前轴的距离（lf）、车辆质心到后轴的距离（lr）、前轮转向角度（δf）、后轮转向角度（δr）、车辆侧滑角（β）、前轮侧滑角（αf）、后轮侧滑角（αr）、前轮侧偏角（βf）、后轮侧偏角（βr）、前轮摩擦力（Ff）、后轮摩擦力（Fr）、前轮法向力（Nf）、后轮法向力（Nr）、摩擦系数（µ）以及前轮侧向力系数（Cf）、后轮侧向力系数（Cr）。 本文的研究结果对于理解车辆在极端条件下的运动行为具有重要的理论意义，并且对于车辆动力学控制系统的设计提供了新的视角和理论支持。通过分析和优化车辆的稳定性和动态响应，可以在实际工程应用中实现更安全和高效的车辆控制。