轮胎非稳态侧偏特性非线型仿真模型

在稳态指数统一模型的基础上,根据动态过程有效滑移率的微分表达,建立轮胎非稳态侧偏特性非线性仿真模型。在实验中发现当用有效滑移率和准稳态要领来计算回正力Ｄｘ时,有滑移超前而加正力滞后现象,该现象可以通过一个一阶滤波器来表达。模型的计算结果与实验结果对比,表明该模型可以反遇轮胎非线笥侧偏特性,可以用于汽车操纵动力学研究。     

UniTire统一轮胎模型

UniTire模型是用于车辆动力学仿真和控制的非线性非稳态轮胎模型,能够准确描述轮胎在复杂工况下的力学特性。UniTire模型以理论模型为基础,采用无量纲的表达形式,具有统一的滑移率定义;统一的无量纲印迹压力分布表达;统一的各向轮胎力无量纲建模;统一的各向摩擦系数表达;无量纲边界条件的统一满足;不同速度下轮胎模型的统一表达;稳态与非稳态特性的统一;侧倾、转偏作用与侧偏特性的统一。不仅能够对各种工况下的轮胎力学特性进行高精度的表达,还具有良好的外推能力和预测能力,能够对复合工况、不同路面和不同速度下的轮胎特性进行准确的预测。本研究围绕UniTire的建模思想,介绍UniTire建模的理论基础、稳态和非稳态模型以及模型的表达和预测能力并进行试验验证。     

磨损对轮胎侧偏刚度和回正刚度影响的研究

基于轮胎六分力测试结果,研究不同磨损状态下轮胎的侧偏力学特性,得出轮胎侧偏特征参数随着轮胎磨损量的变化规律。通过建立胎面磨损模型阐明轮胎磨损特性变化的机理,得到胎面刚度与磨损量的表达式,之后根据该表达式和考虑轮胎磨损状态的轮胎刷子模型,建立考虑胎面磨损的轮胎复杂刷子模型。通过模型推导得到磨损量与轮胎侧偏刚度、回正刚度的关系,以该关系为UniTire轮胎模型的建模基础表达公式,建立考虑磨损的UniTire侧偏模型。为验证模型的正确性,采用3种磨损状态的侧偏数据进行参数拟合,得到考虑磨损的UniTire侧偏模型,并预测其他2种磨损状态下的轮胎侧偏特性。预测模型的仿真结果与试验结果之间的误差较小,有效证明了考虑磨损的UniTire侧偏模型的预测能力。本研究有助于完善UniTire轮胎模型,为UniTire模型室内外扩展应用提供理论和技术支持。     

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。     

轮胎胎体轮廓设计对侧偏刚度的影响研究

以某205/55R16型轿车子午线轮胎为研究对象,利用ABAQUS建立计及复杂花纹的轮胎稳态侧偏滚动3D有限元分析模型,并通过侧偏特性转鼓试验验证仿真模型的可靠性。为研究胎体轮廓设计对轮胎侧偏刚度的影响,以胎体弦平衡轮廓理论为基础,提出带束层压力分担率简化为梯形的修正胎体弦平衡轮廓理论,编制轮廓计算程序。结合仿真模型,从接地特性和侧偏刚度的角度与现行设计轮胎作对比分析;进而设计出不同带束层压力分担率的胎体轮廓,仿真研究不同带束层压力分担率下胎体轮廓设计对轮胎侧偏刚度的影响。结果表明,应用胎体弦平衡轮廓修正理论设计的轮胎接地面积略有增大,接地压力偏度值下降;接地特性的改善使轮胎的侧偏刚度得到提升,有利于轮胎的操纵性能;不同带束层压力分担率的胎体轮廓对轮胎的侧偏刚度具有一定的影响。     

基于SIMULINK的参数化车辆模型及其实验验证

建立了基于非线性轮胎侧偏特性的四轮车辆数值模型,考虑了轮胎垂直载荷的侧向转移,用该模型仿真计算了车辆的横摆角速度响应和侧向加速度响应并与陀螺仪测量的实验车数据进行了对比.实验结果表明,该车辆模型可为车辆设计人员提供设计参考依据,也可用于车辆控制器的设计等.     

大侧倾角下UniTire稳态侧倾侧偏工况侧向力模型

大侧倾角下,轮胎侧偏力学特性仅仅采用等效侧偏角的方法不能进行准确描述,还需要考虑侧倾对其他关键参数的影响。基于简单刷子模型,建立轮胎稳态侧倾侧偏工况侧向力物理模型,导出用于半经验建模的理论边界条件。采用定性分析及试验观察相结合的方法分析侧倾对侧偏刚度和摩擦因数的影响,并建立相应的半经验模型。根据理论边界条件,分析侧倾对UniTire稳态侧向力模型中曲率因子的影响,并提出新的曲率因子表达式。通过轮胎试验数据进行参数辨识,结果表明所建立的UniTire稳态侧向力模型具有很高的精度,并且能够表达大侧倾角下轮胎的力学特性。     

轮胎非稳态侧偏特性对汽车操纵性的影响

以考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态侧偏特性理论模型为基础,建立考虑轮胎非稳态侧偏特性的角输入汽车模型,分析轮胎非稳态侧偏特性对汽车操纵性的影响。     

考虑胎体复杂变形的轮胎稳态侧偏特性理论模型

定义反映胎体变形特征和印迹压力分布特征的物理参量,推导出考虑胎体复杂变形的轮胎稳态侧偏理论模型,并经试验得以验证。由该模型可直接导出多种简化理论模型,还能直接计算起滑点发生在印迹的两个端点时的侧偏特性。     

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“魔术公式”的轮胎动力学仿真分析

运用"魔术公式"在Matlab/simulink环境下建立了轮胎动力学模型,并分别在纯制动、纯转弯和制动、转弯联合这3种工况下,对其进行仿真分析。得到了各工况下轮胎纵向力、侧向力与纵向滑移率、侧偏角和垂直载荷之间的关系图、联合工况下的纵向力与侧向力关系图。并考虑了轮胎侧倾角对轮胎力学特性的影响,得到了更精确的在联合工况下的侧向力与滑移率的关系。     

恒定微压下微小流量的非定常流测量方法

为了精确测量微小流道中的微小流量,提出了用非定常流等效定常流进行恒定微压下微小流量测量的新方法,推导出了非定常流等效定常流进行微小流量测量时的水头适用条件.利用流体力学拉格朗日积分建立非定常流的非线性微分方程,用Matlab软件对非线性微分方程进行了数值解析,得出该测量方法的理论误差,数值结果表明在不考虑测试管段沿程阻力的条件下,被测试件过流面积与测试管断面积比值越小,非定常流与定常流条件下的测量结果差别越小.依据所提出的测量方法建立微小流量非定常流测量装置,实测结果与理论计算结果吻合良好.计算和试验表明:在满足水头适用条件且被测试件过流面积与测试管断面积比值小于3.422%时,非定常流测量方法测试精度可保证在2.27%以内.     

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。     

转向工况下的混合动力汽车电子差速控制技术

混合动力汽车在转向过程中易受轮胎垂向载荷、侧向力等因素的影响,为保证其稳定行驶,提出了基于改进相对滑移率的混合动力汽车电子差速控制技术。考虑车辆驾驶时轮胎垂向载荷、侧向力和侧偏角等因素,运用刚体运动原理构建混合动力汽车动力学模型;以车外某点为圆心,通过阿克曼理论计算前轴内外车轮转向角,参考汽车质心速率推算内外车轮转向工况下行驶速度,明确双驱动轮转速;推算内外侧转速和驱动轮距真实转速的耦合关系,将相对滑移率拟作差速控制参数,计算车辆系统性能指标,利用线性二次模型推导差速控制规律,以系统性能指标最小为目标,构建车辆系统最佳差速控制器。结果表明,所提技术能将电子差速滑转率控制在极低水平,降低了车辆的打滑概率,显著提升了车辆驾驶安全性。     

Influence of Tire Dynamics on Slip Ratio Estimation of Independent Driving Wheel System

The independent driving wheel system, which is composed of in-wheel permanent magnet synchronous motor（I-PMSM） and tire, is more convenient to estimate the slip ratio because the rotary speed of the rotor can be accurately measured. However, the ring speed of the tire ring doesn’t equal to the rotor speed considering the tire deformation. For this reason, a deformable tire and a detailed I-PMSM are modeled by using Matlab/Simulink. Moreover, the tire/road contact interface（a slippery road） is accurately described by the non-linear relaxation length-based model and the Magic Formula pragmatic model. Based on the relatively accurate model, the error of slip ratio estimated by the rotor rotary speed is analyzed in both time and frequency domains when a quarter car is started by the I-PMSM with a definite target torque input curve. In addition, the natural frequencies（NFs） of the driving wheel system with variable parameters are illustrated to present the relationship between the slip ratio estimation error and the NF. According to this relationship, a low-pass filter, whose cut-off frequency corresponds to the NF, is proposed to eliminate the error in the estimated slip ratio. The analysis, concerning the effect of the driving wheel parameters and road conditions on slip ratio estimation, shows that the peak estimation error can be reduced up to 75% when the LPF is adopted. The robustness and effectiveness of the LPF are therefore validated. This paper builds up the deformable tire model and the detailed I-PMSM models, and analyzes the effect of the driving wheel parameters and road conditions on slip ratio estimation.     

汽车质心侧偏角估计的研究现状及发展

阐述了汽车质心侧偏角估计对于汽车稳定性控制的重要意义。从量测仪器、估计算法、物理模型、轮胎模型四个方面对国内外的质心侧偏角估计的研究进行了归纳、分析,重点列举比较了各类估计算法的优缺点,最后指出了建模的准确性、不同传感器信号的融合问题、传感器误差的处理、参数的自适应四个方面存在的问题以及发展趋势,并着重指出了参数自适应将是算法研究的重点。     

考虑轮胎无滑移的智能车辆连续曲率轨迹规划方法

提出了无滑移约束条件下,给定起止点位置和状态的可行运动轨迹规划方法。首先根据前轮转向的单轨车辆模型,建立了7维非线性车辆动力学模型。然后基于无滑移假设,推导出前轮转角及其转角变化率的无滑移表达式;利用MNC轮胎/路面模型推导满足车辆无滑移的动力学约束,并据此给出最大速度轮廓曲线。最后利用闭环操纵稳定性评价指标来优化生成的轨迹。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于IEKF-APF算法的汽车状态估计

行驶汽车状态变量质心侧偏角和横摆角速度是汽车稳定性控制系统中重要控制变量,准确获取行驶过程中的状态信息是汽车控制系统研究的关键问题。应用估计理论由传感器测出易测变量来估计难以测量的关键状态变量是一种常用的估计方法。提出一种新的粒子滤波算法通过所建立的包含定常平稳随机噪声和非线性轮胎的汽车动力学7自由度整车模型对汽车状态进行估计。针对粒子滤波过程中出现的退化问题,应用迭代扩展卡尔曼滤波融入最新观测信息产生更加接近真实状态的重要性密度函数,辅助粒子滤波算法通过所产生的重要性密度函数结合观测量进行重采样,结合这两种算法提出迭代扩展卡尔曼-辅助粒子滤波算法(Iterative extended Kalman filtering-auxiliary particle filtering algorithm, IEKF-APF)以改善粒子采样和估计精度的提高。为验证所提出的IEKF-APF算法估计性能,将其结果与实车试验结果和无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman filtering, UKF)估计结果进行比较,结果表明其估计性能优于UKF,更接近于试验结果。     

Design,implementation, and test of skid steering-based autonomous driving controller for a robotic vehicle with articulated suspension

This paper describes an autonomous driving control algorithm based on skid steering for a Robotic Vehicle with Articulated Suspension (RVAS). The driving control algorithm consisted of four parts: speed controller for following the desired speed, trajectory tracking controller to track the desired trajectory, longitudinal tire force distribution algorithm which determines the optimal desired longitudinal tire force and wheel torque controller which determines the wheel torque command at each wheel to keep the slip ratio below the limit value as well as to track the desired tire force. The longitudinal and vertical tire force estimators were designed for optimal tire force distribution and wheel slip control. The dynamic model of the RVAS is validated using vehicle test data. Simulation and vehicle tests were conducted in order to evaluate the proposed driving control algorithm. Based on the simulation and test results, the proposed driving controller was shown to produces satisfactory trajectory tracking performance.