变载荷工况下的轮胎动力学性能试验仿真

针对变载荷下汽车轮胎动力学特性的复杂性,运用魔术公式轮胎模型对纵向力、侧向力以及回正力矩与纵向滑移率、侧偏角、垂直载荷的关系等轮胎特性进行了分析.用Matlab软件对魔术公式进行动力学仿真,研究了不同垂直载荷下的纵向力、侧向力、回正力矩和相同垂直载荷不同外倾角下的侧向力、回正力矩;分析了联合工况下的制动力和侧向力纵向滑移率的关系.试验结果表明:魔术公式轮胎动力学模型能够很好地模拟轮胎的动力学特性;一定载荷的增加,影响了纵向滑移率与纵向力、侧偏角与侧向力、侧偏角与回正力矩关系的因子数,提高了车辆的稳定性和操纵性.     

轮胎-路面侧向附着动力学数学模型

轮胎-路面侧向附着动力学数学模型用来描述侧向附着系数与车轮滑动率的关系.通过把侧向附着系数表述为车轮滑动率的函数及全面考虑各种基本参数,如路面状况、车速、侧偏角、法向载荷、车轮外倾角和车轮滑动率等对侧向附着系数的影响,对 Pacejka 的模型进行了根本的变革.从而能使它们适用于轿车各种制动工况的研究.和前人有关的数学模型相比较,新模型具有实际应用意义.     

轮胎－路面纵向附着动力学数学模型

路面车辆动力学研究中所需的轮胎－路面纵向附着能力的数学模型用来描述纵向附着系数与车轮滑动率的关系．通过考虑路面状况、车速、侧偏角、法向载荷和车轮滑动率等基本参数对纵向附着系数的影响，完善了Ｐａｃｅｊｋａ的模型．从而使它们适用于轿车各种制动工况的研究．和前人有关的数学模型相比较，新模型更全面、更简明、应用更方便．     

基于线性估计模型的电动汽车质心侧偏角估计

质心侧偏角估计是车辆稳定性控制系统中的关键技术和难点,针对电动汽车,本文充分利用车轮上的驱动力矩和制动力矩信息,计算出了轮胎上的纵向力。并将轮胎侧向力用纵向力和侧偏角表示或进行局部线性化。这样可以将二自由度车辆模型简化为以侧向速度为状态的线性估计模型,用于电动汽车质心侧偏角的估计。仿真结果表明:基于线性估计模型的质心侧偏角估计器的估计精度较高,对路面摩擦因数的依赖程度小,并且计算简单,可以应用于车辆的稳定性控制系统中。     

基于扩展卡尔曼滤波的车辆行驶状态参数估计算法研究

针对车辆行驶状态参数估计问题,论文基于扩展卡尔曼滤波(EKF)理论设计了对车辆横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速参数的估计算法。建立了估算用车辆非线性三自由度模型,根据纵向加速度、侧向加速度和方向盘转角低成本传感器信号,估计算法实现了对车辆行驶状态参数的准确估计,并通过CarSim与Matlab/Simulink联合仿真对算法进行了仿真实验验证。结果表明:算法能够准确估计车辆的纵向车速、横摆角速度和质心侧偏角。     

汽车动力学稳定性的研究

首先用相平面法判断车辆的稳定状态,对横摆和侧偏随转向输入角和车速变化的收敛性进行了分析,证明了随车速和转向角输入的增大稳定域减小最后消失.其次用奇点分岔法对车辆稳定性进行了分析,把无耦合的侧向力和垂向力矩分别作为外部输入,分析其对侧偏和横摆收敛的影响.结果表明,垂向力矩输入对侧偏角和横摆角速度的结点都有影响,侧向力输入对侧偏角结点影响相对较大.因而,可以根据不同的横摆角速度和侧偏角,选择不同的侧向力和横摆力矩的组合以改善车辆稳定性.     

复杂工况下基于最佳滑移率的汽车牵引力控制算法

为了提高车辆在复杂路面下的起步加速驱动能力和稳定性,提出了基于最佳滑移率的牵引力控制策略。根据当前路况下的滑转率和附着系数采用可变遗忘因子最小二乘法求出最佳滑转率。系统通过发动机转矩调节和主动制动调节两种方式协调控制,将车轮的滑转率保持在最佳滑转率附近,从而提高车辆加速性能和稳定性。在Matlab/Simulink下的仿真结果及实车冬季场地试验表明了该系统的有效性和工程应用价值。     

刚性驱动轮在沙土上滑转下陷量的计算方法

本文从车轮与土壤相互作用关系入手,在对现有的实验和理论研究结果进行分析的基础上,应用土壤力学和塑性理论的基本原理,提出用接触面上的剪切应力分布特性来判断轮下土壤纵向流动破坏区域的大小,建立了在不同滑转率时刚性驱动轮下土壤纵向流动破坏区域的包络线方程及滑转下陷量的计算方法。     

基于信息融合技术的汽车状态估计算法

以信息融合技术为基础,根据状态估计理论,对汽车的纵向速度、横摆角速度和质心侧偏角进行了估计。仿真计算与场地实验结果对比表明,应用该方法可以有效地解决汽车纵向速度、横摆角过度和质心侧偏角的测量问题。     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

Road identification method based on angular acceleration of vehicle driving wheel

The fundamental principle of road identification by using angular acceleration of driving wheels was demonstrated in this paper. Based on the analysis of energy conversion and parameters variation during the vehicle drive slip process, the change of adhesion coefficient relative to the angular acceleration were theoretically studied experimentally validated. The variation shows that the change of adhesion coefficient relative to the angular acceleration and the change of slip ratio in the drive slip process have same trend-both of them exist an only optimal angular acceleration corresponding to the peak value of adhesion coefficient. The peak adhesion coefficient of the prototype vehicle is about 0.14 on the ice-covered road surfaces, with the corresponding optimal angular acceleration of about 23.5 rad/s2 and optimal slip ratio of about 9.4%.     

匹配机械弹性车轮的汽车稳定性分析

为深入研究匹配机械弹性车轮(MEW)的某越野车的横摆与侧翻稳定性,利用刷子理论模型,建立MEW纵滑与侧偏理论模型;利用平板式轮胎力学特性试验台分别对MEW和普通子午线充气轮胎进行了对比试验,验证了理论模型的正确性.以横摆角速度和预测载荷转移率(PLTR)分别作为横摆稳定性和侧翻稳定性的评价指标,并建立匹配MEW的整车非线性Carsim仿真模型,基于相平面分析方法研究MEW侧偏力学特性对汽车横摆与侧翻稳定性的具体影响规律.结果表明:MEW与子午线充气轮胎侧偏特性曲线的变化趋势基本一致,侧向力峰值基本相同,但MEW的侧偏刚度较大,匹配MEW的整车侧翻稳定性较好,横摆稳定性较差;增大MEW的侧向力峰值的同时适当减小侧偏刚度值,可以提高匹配MEW汽车的横摆与侧翻稳定性.研究结果可为车轮侧偏性能的改进及车轮结构优化提供相应的理论依据.     

飞机轮胎与跑道间结合系数模型的研究

以试验数据为基础,用最小二乘法拟合飞机机轮与跑道之间的结合系数随飞机速度和滑移率的变化规律,拟合关系式的计算值与实测值吻合较好,同时给出一种描述结合系统与滑移率函数关系中参数的取值范围,对飞机防滑刹车系统的设计和仿真有重要意义。     

主动前轮转向和直接横摆力矩集成控制

针对车辆操稳性控制中功能耦合的主动前轮转向（AFS）与直接横摆力矩控制（DYC）的任务协调问题,提出优化相平面法进行稳定区域划分. 基于所提方法建立轮胎侧向力特性协调准则,实现纵横向动力学系统操稳性集成控制. 以前、后轮侧偏角及两者之差作为车辆横向稳定的表征量,结合轮胎侧向力特性划分车辆横向状态为稳定、临界稳定和失稳状态区间. 建立AFS与DYC的协调准则. 考虑控制算法面向实际应用时状态量的获取问题,建立基于超螺旋算法的状态观测器估计车辆前后轮侧偏角. 分别设计基于自适应超螺旋高阶滑模算法的AFS和DYC控制器,在消除控制器抖振和避免频繁切换的基础上完成稳定性控制. 试验结果表明,所提协调准则和控制算法对协调AFS和DYC有积极作用,且操稳性控制效果良好.     

Combined Control Allocation and Sliding Mode Control in the Dynamic Control of a Vehicle with Eight In-Wheel Motors

An eight wheel independently driving steering (8WIDBS) electric vehicle is studied in this paper. The vehicle is equipped with eight in-wheel motors and a steer-by-wire system. A hierarchically coordinated vehicle dynamic control (HCVDC) system, including a high-level vehicle motion controller, a control allocation, an inverse tire model and a lower-level slip/slip angle controller, is proposed for the over-actuated vehicle system. The high-level sliding mode vehicle motion controller is designed to produce desired total forces and yaw moment, distributed to longitudinal and lateral forces of each tire by an advanced control allocation method. And the slip controller is designed to use a sliding mode control method to follow the desired slip ratios by manipulating the corresponding in-wheel motor torques. Evaluation of the overall system is accomplished by sine maneuver simulation. Simulation results confirm that the proposed control system can coordinate among the redundant and constrained actuators to achieve the vehicle dynamic control task and improve the vehicle stability.     

电动轮驱动汽车的最佳车轮滑移率实时识别

根据汽车轮胎与路面的附着特性及电动轮驱动系统的特点,提出了电动轮汽车驱动轮对应最大附着系数的滑移率实时识别方法。该方法利用包括车轮驱动转矩和转速在内的车轮动力学参数表达轮胎与路面之间的附着特性。通过计算其导数变化来检测车轮滑转状态,从而获得最大附着系数所对应的滑移率。通过仿真及实车试验对本文方法进行了验证,结果表明其可实时准确地判断车轮是否打滑,并输出最佳滑移率及最大附着系数。     

基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车对连续、快速和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,提出基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制策略. 基于Burckhardt轮胎模型建立车轮滑移率跟踪控制模型,将模型简化过程中的不确定性考虑成复合干扰项,将轮胎侧向力对纵向力的影响考虑成未知参数. 利用双曲正切函数和终端吸引因子设计改进的跟踪微分器,平滑车轮滑移率跟踪误差和估计车轮滑移率跟踪误差的一阶导数. 以车轮滑移率跟踪控制模型和改进的跟踪微分器输出为基础,基于自适应快速终端滑模控制理论,设计对复合干扰项具有强鲁棒性的车轮滑移率跟踪控制律;基于投影算子理论设计自适应律来实时补偿未知参数,利用LaSalle不变性原理证明了闭环系统的渐近稳定性. 利用车辆动力学软件仿真验证提出的控制律的可行性和有效性. 结果表明,提出的车轮滑移率跟踪控制策略具有精度高和鲁棒性强的优点.     

车载式自行火炮多桥动态转向系统

讨论并建立了车载式火炮多桥转向二自由度模型动力学方程普适公式,分析了其固有属性,并在零侧偏角比例控制策略下分析了系统的转向中心位置、各桥转角比与车速的关系、最小转弯半径以及系统在时域和频域的响应。分析结果表明,多桥转向系统的稳定性取决于车辆的重心位置和轮胎的侧偏刚度参数,采用零侧偏角比例控制的方法控制多桥转向系统能够保证系统在任意速度下的侧偏角稳态值为零,侧向加速度稳态值也有大幅度的下降,并且横摆角速度在高速和低速下变化不大,系统反应更快捷,转向过程更平稳,显著地改善了车辆的操纵稳定性。