飞行汽车陆地行驶之侧翻稳固性研究

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1、飞行汽车陆地行驶之侧翻稳固性研究1绪论1.1课题研究的背景和意义飞行汽车不仅可以空中飞行，也可以在陆地上像一辆普通汽车行驶，从1940年USAFordMotorCo.（福特汽车公司）的开创者享利福特提出了飞行汽车迟早会出现的预言后，当今世界许多研究机构都在研究这一款特殊的汽车。最开始阶段美国人莫尔?泰勒设计出的飞行汽车结构简单[1]，并且在车身顶部装有10米至12米的旋翼。如果在现在城市道路上行驶或起降时，车身顶部的旋翼基本与道路一样宽，严重影响到道路行驶的其他车辆，并且会干扰到街道行人的安全和受到街道旁障碍物的阻碍，交通秩序受到严重影响，因此需要可供飞

2、行汽车行驶的特殊道路，大大降低了飞行汽车的实用价值。现阶段的飞行汽车的结构形式主要是把空中飞行器与汽车相结合，陆地行驶就是一辆普通汽车，空中飞行就是一架飞行器[2]。经过几十年的研发设计，斯洛伐克工程师克莱因经过不懈努力的研究[3]，在2013年9月，自己驾驶所研发的空中移动2.5版进行试飞，车身颜色采用蓝白两种混合线条。这款飞行汽车的试飞成功，对飞行汽车的研究起到积极作用，它的运行速度能够达到很高，空中飞行的最高速度能够接近200Km/h，在陆地上跑的最大速度也能够接近160Km/h。并且这辆飞行汽车的行驶里程也很长，陆地行驶可以达到500千米，空中可

3、以飞行700千米。我国的首辆飞行汽车是由西安美联航空公司设计的CarCopter，如图1.1所示[4]。这款飞行汽车设计时从车头到尾翼总长八米左右，车身具有流线型，为得到漂亮的外观，并且为了降低整车的质量，车体使用了碳纤维复合材料和钢制的框架。这款飞行汽车采用了可折叠型的旋翼，就避免了最初阶段所设计的飞行汽车在道路行驶受到阻碍的缺陷，也能够像普通汽车一样很方便地停进停车场和加油站；需要飞行时，能够在较短的时间内打开旋翼，转化为一架重量很轻的飞行器，降落着陆后也能够在较短时间内收缩机翼，转变为一辆普通汽车。..1.2飞行汽车的发展现状及前景国际上许多研发飞

4、行汽车机构经过几十年的不懈努力，对于飞行汽车的研发技术越来越成熟，2009年3月，美国的特拉福嘉公司设计出名为飞跃（Transition）的飞行汽车可以将机翼快速地收缩和伸展起来，机翼的收缩和伸展所需要的时间也非常短，只需要十五秒左右。另外，它配有电子计算机自控系统、定位系统和卫星控制技术等高科技系统设备，操作起来非常简单，但是它需要找个合适的地点用于起飞。这款汽车也是世界上首辆在空中试飞成功的飞行汽车[1,8]。美国UrbanAeronautics开发的X-Haaker软件介绍........374.2汽车动力学建模.....384.3飞行汽车的侧翻稳

5、定性分析.....404.4本章小结......475飞行汽车防侧翻控制策略........485.1侧翻预警......485.2预警条件.......515.3防侧翻控制模块......525.4防侧翻控制策略......545.4.1差动制动防侧翻控制......545.4.2差动制动的电子控制器....565.5差动制动的最优控制.......565.6本章小结.......585飞行汽车防侧翻控制策略5.1侧翻预警汽车行驶过程中，如果遇到紧急情况而发生侧翻危险时，即使操纵经验很熟练的驾驶员也没有足够多时间操纵汽车避免危险，这是由于汽车进入侧翻危

6、险区到汽车发生侧翻之间的时间很短，并且驾驶员有一定滞后的反应时间和操作机构有执行时间的延迟。为了让驾驶员有充足的时间操纵汽车避免危险发生，就需要侧翻预警装置通过声音或者图像来提醒操纵者，或者预警装置将危险信号输入到控制器中。因此，预警装置提出警示到发生危险的时间断必须满足驾驶员有足够的时间操纵汽车。预警装置在汽车上应用很广泛，并且深受驾驶员的欢迎（特别是对汽车的操纵不是很熟练的年轻驾驶员），例如现在汽车上都会装有倒车雷达装置，通过图像实时地传递给驾驶员车后的环境，方便驾驶员提前对汽车操纵以免发生意外。并且现在汽车的周围有防撞预警装置，通过声音传递距离周围

7、车辆的距离，提示驾驶员采取一定措施防止交通事故的发生。侧翻预警装置相对比较复杂，需要通过计算当前的行驶状态，判断是否会发生侧翻危险，如果在某一段时间后有发生危险的可能性，就必须把危险信号及时地传递给驾驶员或者控制器，以便采取相应措施。结论根据侧翻动力学的理论分析得出侧翻稳定的影响因素并对其动力学仿真，在这个基础上分析侧翻危险发生的可能性，提出飞行汽车的防侧翻控制策略。本文的主要工作：首先，为了更加准确的分析侧翻，建立能够反映影响侧翻发生的侧倾、侧向、横摆运动的三自由度模型，分析了飞行汽车侧翻稳定的影响因素。其次，考虑飞行汽车高速急转弯过程中等速圆周行驶的

8、稳态响应，对侧翻系统的动力学理论分析，得出侧翻稳定的平衡条件。然后，考虑重心位置