对接路面轮胎瞬态侧偏特性研究

对接路面轮胎瞬态侧偏特性对于车辆方向稳定性至关重要。通过仿真与试验的手段研究对接路面轮胎瞬态侧偏特性及其机理。建立用于对接路面轮胎瞬态侧偏特性仿真的轮胎模型,通过考虑胎体复杂弹性变形,并将印迹区域内胎面单元离散处理,得到轮胎滚动过程中胎面单元的变形特性,推导出基于胎面变形的轮胎力和力矩的一般表达式。利用高-低附对接路面台架试验数据对模型进行了验证。通过仿真研究对接路面轮胎瞬态侧向力和回正力矩特性,深入分析对接路面轮胎瞬态侧偏力学特性机理以及轮胎胎体弹性、轮胎侧偏角和摩擦因数阶跃幅值对这一特性的影响。分析结果表明,胎体侧向平移刚度对侧向力松弛特性影响很显著。胎体平移刚度越大,侧向力松弛长度越短。研究工作有助于对接路面工况轮胎瞬态特性半经验建模以及车辆在对接路面上的方向稳定性分析和相关控制策略开发。     

基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法

通过对非线性汽车动力学模型进行分析,提出了一种基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法。轮胎侧向力的估计采用三个基本步骤,首先基于干扰观测器对侧向力横摆力矩进行估计,然后利用最小二乘法对两前轮与两后轮侧向力之和进行估计,最后采用垂向载荷按比例分配的经验方法对各轮胎侧向力进行估计。基于MATLAB/Simulink软件,对此轮胎侧向力估计系统进行仿真,将所得结果与CarSim动力学仿真软件结果进行对比,并采用硬件在环仿真平台进行试验验证。结果表明,所提估计算法能够准确地估计出轮胎侧向力,避免了复杂轮胎模型的运用以及对地面附着系数的依赖。     

轮胎稳态侧倾力学特性理论建模

研究了轮胎侧倾建模机理,并在此基础上导出了轮稳仿而倾的侧向力、回正力矩、纵向阻力和翻转力矩特性表达式。讨论了车轮定位时侧倾角与前束角的关系,引入了有效侧倾角概念,并基于此给出了子午线轮胎比斜交轮胎侧倾侧向力小的理解解释。     

子午线轮胎静态侧倾性能有限元分析及试验研究

采用三维非线性有限元分析方法,在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性以及轮胎接触非线性,计算了子午线轮胎195/60R14在不同角度侧倾接地时的变形情况,与试验结果进行了比较。分析了轮胎在静态不同角度侧倾接地状况下载荷-下沉量变化、接地区压力分布、接地区摩擦力分布、侧倾侧向力-侧倾角变化关系;采用连续加载-卸载方式,开展了轮胎侧倾接地试验,实时记录了轮胎受力与变形关系,采用压力敏感膜测量了轮胎侧倾接地时的接地区压力分布状况。结果表明,轮胎侧倾接地状况下的变形及接地区压力分布趋势的计算结果与试验测试结果一致。     

两种输入控制模型下的汽车非线性运动稳定性分析

在汽车转向运动力矩输入控制模型和转角输入控制模型基础上,考虑了轮胎侧向力的非线性,研究了汽车在不同附着系数路面上的运动稳定性,定量地揭示和比较了汽车转向力矩输入控制模型与转角输入控制模型运动稳定性的内在规律性和相互关系,以及轮胎侧向力非线性对汽车运动稳定性的影响。实例表明,利用本文的运动稳定性分析方法,可以指导汽车辅助转向系统的优化设计,从而改善汽车的操纵稳定性能。     

轮胎稳态运动学与六分力预报Ⅰ:理论与方法

提出一种新的轮胎运动学描述和六分力预报理论。滚动接触是汽车轮胎力学、轮轨动力学的核心问题,由于涉及刚体转动与有限变形,滚动接触运动学与动力学的描述与求解非常困难。用拉格朗日—欧拉混合描述法分析大变形滚动接触结构的速度场、加速度场和接触变形。以车轮定位角为卡尔丹角,用拉格朗日描述,得到了包含刚体转动和弹性变形的轮胎速度场。而接触区域的变形和受力用欧拉描述,通过欧拉网格和拉格朗日网格的信息传递,完成滚动结构动力学分析。所提出的理论可以退化到Fiala模型,并可以从理论上解释子午线轮胎的伪侧偏和伪侧倾现象。基于所建立的运动学理论和非线性有限元,建立轮胎六分力预报方法。针对某轿车子午线轮胎,分析轮胎接地面滑移速度、接地面积、接地压力、侧向剪力分布等随着侧偏角的变化规律,并研究该轮胎侧偏力和回正力矩随着胎面刚度和摩擦因数的参数敏感性。结果表明轮胎侧偏刚度和回正刚度主要受结构刚度控制,而峰值侧偏力和峰值回正力矩主要受摩擦因数控制。将利用所建立的方法和试验,探讨带束层结构对大规格子午线轮胎侧偏特性的影响规律,进一步验证所提出的理论和方法的正确性。所提出的理论和方法开辟了直接从轮胎设计预报轮胎六分力的新途径。     

基于前后轮制动力分配的车辆横摆力矩调节方法研究

针对在低附着系数路面转向工况下,基于单轮制动力调节车辆横摆力矩的方法难以纠正不足或过多转向的问题,提出基于前后轮制动力分配调节横摆力矩的方法,该方法根据轮胎非线性特性,分析轮胎所受地面制动力和侧向力及其产生的车辆横摆力矩之间的非线性关系,求解不同路面附着系数时前后轮地面制动力的分配比例,据此产生车辆横摆力矩来改善车辆转向特性。以某款乘用车为研究对象,利用车辆动力学仿真软件veDYNA对该方法进行双移线工况的仿真。     

一种汽车动力学仿真模型

介绍一种汽车动力学仿真模型，讨论与之有关的轮胎摩擦特性，转谢系统模型，车轮纵向滑动率计算，轮胎侧向力滞后，操纵模型和倾翻模型等问题。     

高速列车明线交会时车体振动特性与气动载荷关系研究

会车气动载荷作用下车体垂向振动和横向振动加剧,为了抑制车体振动,需要探究两者之间关系。建立3节编组列车空气动力学模型,采用计算流体力学的数值模拟方法,计算得到会车气动载荷,即气动阻力、气动侧向力、气动升力、侧滚力矩、点头力矩以及摇头力矩。将各方向气动力和气动力矩单独以及共同加载在车体上,进一步分析车体振动特性与气动载荷的关系。研究结果表明:气动载荷作用下,车体垂向振动增大了20%~30%,横向振动增大了3倍多;相比于其他各方向气动力和气动力矩,气动升力和点头力矩是影响车体垂向振动的重要因素,气动侧向力和摇头力矩是影响车体横向振动的重要因素。     

一种非充气机械弹性安全车轮的研究进展

轮胎是汽车与路面之间接触并产生相互作用的唯一媒介,直接影响着汽车的操纵稳定性、行驶安全性及乘坐舒适性等。然而,传统充气轮胎往往存在爆鼓、爆胎、泄气以及胎压不稳等安全隐患,严重影响汽车行使的安全性。为此,提出安全车轮基本概念,概述安全车轮的发展现状,阐述机械弹性安全车轮的结构和原理;介绍机械弹性安全车轮的数值计算模型、简化解析模型,以及相应的机械弹性安全车轮的垂向力、纵向力、侧向力、侧偏特性、侧倾特性、动态特性、响应特性、牵引特性、包容特性等的计算,和台架或者装车试验验证;研究结果揭示了机械弹性安全车轮的基本特性,为机械弹性安全车轮的研发与推广应用奠定一定的理论基础,期望促进非充气安全车轮的发展。     

考虑轮胎侧偏特性的赛车转向几何研究

为了提高赛车轮胎侧向附着合力及转向极限侧向加速度,提出了一种考虑轮胎侧偏特性的转向几何。通过分析轮胎侧偏角的影响,确定了整车转向瞬心位置,并建立了三自由度整车模型。结合轮胎力学模型,以最大化整车轮胎侧向附着合力为目标,采用隔代映射遗传算法对考虑轮胎侧偏特性的转向几何进行求解。整车仿真和试验结果表明,相比阿克曼转向几何,考虑轮胎侧偏特性的转向几何可以更有效地增大整车轮胎的侧向附着合力,提高赛车在极限工况下的转弯性能。     

麦弗逊悬架仿真试验与优化研究

建立某电动汽车麦弗逊悬架系统的虚拟模型,对轮胎横向滑移量进行仿真。对该悬架系统进行试验研究,测量轮胎的实际横向滑移量。仿真结果和试验结果之间的误差小于7%,说明该虚拟模型是精确的。以轮胎横向滑移量为目标函数,利用虚拟模型对该悬架系统的结构参数进行优化研究,结果表明在设计变量的取值范围内和约束条件下,目标函数存在着多个极值点,需要选择多个初始点进行优化,才能得到更好的结果。     

非线性轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响

为分析轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响,建立了非线性轮胎侧向力模型并通过四自由度整车动力学模型计算了不同车速下汽车质心侧偏角、车身侧倾角和前轮转角响应。基于ADAMS的虚拟试验和实车试验结果表明：汽车高速转向行驶时,非线性轮胎侧向力模型能更准确地反映出汽车运动状态的响应,各状态响应的平均绝对误差能控制在相应状态幅值的10%以内。研究结果对汽车稳定性控制系统的设计具有理论指导意义。     

基于Matlab系统函数法的汽车轮胎力计算研究

针对轮胎力在汽车动力学模拟及控制系统开发中的重要作用,研究了利用Matlab/Simulink软件中的系统函数来建立Gim理论轮胎模型的模块化实现方法,所建立的轮胎模块在车辆动力学模拟中可直接作为Simulink中的子模块被调用来计算地面作用于汽车轮胎的纵向与横向力。通过动力学数值仿真与实验测试结果的对比分析表明:Gim理论轮胎模型具有很高的精度,能准确的预测轮胎的力学特性,所建立的轮胎子模块通用性强,所需参数少,可直接应用于各种车辆动力学分析与控制系统的研究中。     

A nonlinear sideslip observer design methodology for automotive vehicles based on a rational tire model

In this paper we develop a nonlinear vehicle sideslip observer design that is based on a nonlinear lateral dynamics vehicle model. In doing so we utilize a novel simplified rational tire model to compute the lateral wheel forces. This tire model is significantly simpler than the well known Magic Formula (in terms of the number of model parameters), yet it provides sufficient detail over a wide range of operating conditions for the purpose of estimating the sideslip angle. The input to the nonlinear observer are typical signals that are available within lateral stability control systems, which include vehicle speed, steer angle, lateral acceleration and yaw rate measurements. In our analysis, we assume the road friction to be a known parameter. We utilize a recent theorem from the literature and show that the suggested nonlinear state estimator a) is asymptotically stable for the case where the observer makes use of the exact tire model, b) is stable (in the sense of Lyapunov) providing uniformly bounded error dynamics for the case where it makes use the proposed rational tire model to approximate the exact tire model. Finally, we provide numerical simulations to demonstrate the efficacy of our nonlinear observer based estimation technique under varying road friction conditions.     

基于主动前轮独立转向系统的车辆稳定性控制研究

针对传统主动前轮转向（AFS）系统存在的问题,阐述了新近被提出的主动前轮独立转向（AIFS）系统结构和工作原理,建立了AIFS系统多体动力学模型,研究了AIFS系统的安装对悬架性能的影响;在MATLAB/Simulink中建立了14自由度整车数学模型,设计了AIFS滑模控制器及附加转角分配模块,在阶跃、正弦等转向工况下,仿真计算了大侧向加速度工况下AIFS的控制效果。结果表明：AIFS系统的安装增加了外侧车轮滑磨;高速转弯时,AIFS系统较AFS系统可以更好地跟踪理想横摆角速度和理想运动轨迹,产生更大的转弯通过加速度,保证内外侧轮胎均在侧向力饱和之前区域工作,使左右轮胎工作负荷趋于相等,实现了“能力越大的轮胎贡献越大”的控制目标,提高了车辆极限转弯时的侧向稳定性。     

分布式电驱动车辆的无味粒子滤波状态参数联合观测

针对目前分布式电驱动车辆动力学领域中存在的状态参数观测体系不完善、观测精度低的问题,利用分布式电驱动车辆多信息源的特点,提出无味粒子滤波状态参数联合观测方法。基于非线性车辆动力学模型对分布式电驱动车辆的纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度及各轮侧向力进行联合观测。同时,为提高侧向力的观测精度,采用非线性动态轮胎模型。在完成模型搭建的基础上,考虑到所搭建的车辆动力学模型具有强非线性,设计适用于强非线性模型的无味粒子滤波器对多个状态变量进行联合观测。而为进一步提高状态观测精度,进行量测噪声协方差的自适应调节。仿真和试验结果表明,所提出的状态观测方法能够提高分布式电驱动车辆状态参数观测精度和鲁棒性。