分布式电驱动汽车“人-车-路”闭环横向稳定性控制

为了提高分布式电驱动汽车的横向稳定性,基于滑模变结构控制理论提出一种四轮转向和直接横摆力矩结合的横向稳定双层控制策略,并基于“人-车-路”闭环系统,对控制系统的有效性进行了仿真分析。首先,基于预瞄偏差理论和恒定横摆角速度假设,设计了一种三点预瞄滑膜驾驶员模型;其次,以质心侧偏角和横摆角速度偏差为控制目标,基于滑模变结构控制理论提出了一种四轮转向和直接横摆力矩结合的横向稳定双层控制策略,上层控制器对车辆进行后轮转角和直接横摆力矩控制,下层控制器对四个车轮的驱动转矩或制动力矩进行分配。最后,选取低速低附着路面和高速高附着路面两种工况,基于“人-车-路”闭环动力学系统对设计的横向稳定性控制策略进行了仿真验证。结果表明,设计的横向稳定双层控制策略能够有效改善车辆的横向稳定性,提高了车辆的轨迹跟踪能力和行驶安全性。

基于滑模协调控制的四轮独立电驱动车辆稳定性控制研究

针对四轮独立电驱动车辆动力学特性及驱动控制策略复杂等问题,提出了基于力矩分配系数法的驱动协同控制策略,并设计了驱动力矩滑模协调控制器,配合车辆失稳判断模块计算出车辆维持稳定所需的附加横摆力矩,同时利用载荷分配方法设计了驱动力矩最优分配控制器,基于载荷分配方法将驱动力矩分配至4个车轮,以维持车辆稳定行驶。为验证驱动协同控制策略的有效性,基于CarSim软件建立四轮独立电驱动车辆模型,并将提出的驱动协同控制策略和普通滑模控制策略进行仿真对比。结果表明:驱动协同控制策略使横摆角速度偏差降低了25%,质心侧偏角偏差降低了23%,能够满足车辆稳定性控制要求,同时降低了整车驱动力矩分配控制难度。

电机效率最优的双电机汽车驱动扭矩分配控制策略

为提高前后轴分布式双电机电驱动汽车(DDEV)行驶中的经济效能,以某款双电机汽车作为研究对象,以前后电机效率最优为目标,提出了一种驱动扭矩分配策略,针对2电机工作时的协调控制进行研究。在Cruise软件中建立DDEV整车模型,与Simulink软件中搭建的策略模型进行联合仿真,在NEDC和WLTC循环工况下进行仿真测试。仿真结果表明,与前后电机驱动扭矩平分策略相比,使用文中提出的驱动扭矩分配策略的双电机汽车在2种循环工况下的电能消耗分别降低6.7%和4.5%,2电机在高效区间工作的占比分别提升12.4%和47.3%,整车电机在2种循环工况下的平均效率相应提升14.2%和17.8%,验证所提策略对提高车辆经济性能的有效性。

基于硬件在环的双挂汽车列车高速横向稳定性控制研究

针对双挂汽车列车在高速超车工况的横向失稳、挂车折叠和甩尾等危险情况,提出了一种基于模糊比例、积分、微分(Proportion、Integral、Differential,PID)控制的直接横摆力矩差动制动控制策略,分别以双挂汽车列车TruckSim非线性模型与四自由度线性模型的质心侧偏角、横摆角速度的偏差及其偏差变化率为目标,设计了2种差动制动的横向稳定性控制策略,分别为仅牵引车控制的单控模式和牵引车加挂车都控制的多控模式,通过MATLAB/Simulink软件和TruckSim软件联合仿真以及硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)平台对控制策略的有效性进行仿真验证。结果表明:在高速超车工况下,相较于无控制车辆和单控模式车辆,多控模式车辆的横向稳定性控制系统更能降低车辆的质心侧偏角、横摆角速度、铰接角和车辆后部放大(Rearward Amplification,RWA)系数,在改善双挂汽车列车横向稳定性方面优势明显。

极限工况下AFS与DYC可拓协调控制

主动前轮转向系统(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)集成控制可提高商用货车的操纵稳定性。由于主动前轮转向在轮胎非线性区作用效果有限,与直接横摆力矩控制简单叠加的控制效果不一定能达到预期,为此这里设计了可拓协调控制系统。该系统分为上、中、下三层,上层为AFS与DYC协调切换控制层。采用试验法得到前轮临界转角,根据线性二自由度车辆模型反推临界转角下的稳态质心侧偏角,结合车辆实际质心侧偏角及其速度的相平面稳定域将相平面图分区,设计了3种不同协调控制策略;中层是基于指数趋近律设计的AFS与DYC滑模控制器,可得到前轮附加转角和附加横摆力矩;附加横摆力矩由下层控制器根据车辆实时状态进行制动力分配。采用TruckSim、Matlab/Simulink建立联合仿真平台,在极限工况下进行仿真验证可拓协调控制系统。仿真结果得到最优可拓协调策略,该协调控制弥补了AFS/DYC单一控制的缺陷,可保证车辆的操纵稳定性和行驶安全性。

FSAE赛车可调尾翼控制系统样机开发

可调尾翼控制系统是一项提高赛车弯道操控性和直道极速能力的最新技术。文章在赛车尾翼基础上基于比赛工况确定尾翼攻角组合,根据尾翼运动行程实现执行机构设计;基于嵌入式技术,实现可调尾翼控制系统的软硬件开发,通过车载传感器获取不同工况下车速及制动状态信息;通过控制器计算及逻辑判断,驱动舵机工作,使执行机构带动尾翼实现不同尾翼攻角,达到提升空气动力学性能、实现尾翼智能可调的目的。通过系统样机试验测试表明,根据给定工况的信号变化,系统样机能顺利实现3种尾翼攻角组合变换。FSAE赛车可调尾翼控制系统样机的开发具有一定的应用价值。

基于LabVIEW的FSAE赛车悬架数据采集系统

文章开发了一种基于LabVIEW的FSAE赛车悬架数据采集系统,利用单片机进行前端数据采集,通过无线模块、串口通讯与LabVIEW进行数据传输,实现动态赛车减震器压缩量的实时采集、记录与回放,并实时计算获得轮芯跳动行程、车轮载荷大小及频谱曲线。利用系统实时反映的动态信息,可以检测车轮行程是否满足FSAE(Formula SAE,大学生方程式汽车大赛)规则要求,研究赛车在制动、加速以及转弯等极限工况下的轴荷转移情况,以指导赛车悬架性能调校及整车性能优化。

面向汽车产业变革的车辆工程专业研究生培养模式探索

汽车产业的转型升级给车辆工程专业研究生培养提出了新的挑战。文章首先分析了汽车产业现状及其对人才需求分析;其次,对当前车辆工程专业研究生培养存在的问题进行了分析;最后,以湖北汽车工业学院车辆工程专业研究生培养为例,从培养目标的凝练、课程体系的优化、校企合作基地建设、导师队伍的打造和管理机制及评价体系的完善等方面,对车辆工程专业研究生培养模式进行了探索与实践,大大提高了我校研究生的培养质量,同时也为工科类专业研究生培养模式改革提供一定的借鉴和参考。

永磁同步电机电磁性能仿真及影响因素分析

为进一步探究永磁同步电机不同结构参数对电磁性能的影响,通过使用Maxwell软件设计永磁同步电机,深入分析了电机槽口宽度、气隙长度以及永磁体宽度等结构参数对永磁同步电机电磁性能的影响。仿真结果表明:增加槽口宽度,电机空载气隙磁通密度基波幅值呈增加的态势,空载反电动势基波幅值呈减小趋势,齿槽转矩增加较为明显;增加气隙长度,电机气隙磁通密度基波幅值呈逐步减小趋势,空载反电动势呈减小态势,但减小幅值不大,气隙长度在一定范围内使得齿槽转矩先增加后减小;永磁体宽度的增加使得气隙磁通密度幅值、电机空载反电动势基波幅值以及齿槽转矩均呈增大态势。通过对不同电机结构参数对电磁性能的影响分析,可为设计优化永磁同步电机提供指导意义。

FSAE赛车操纵稳定性虚拟仿真与实车试验研究

文章基于ADAMS/Car模块建立FSAE赛车整车模型,通过虚拟稳态回转仿真试验,表明该赛车具有极轻微的不足转向特性,验证了模型的准确性;通过虚拟蛇形穿越仿真试验,验证赛车在过弯、抗侧倾和抗侧滑等方面均具有良好的操纵稳定性;借助悬架数据采集系统,进行实车蛇形穿越试验数据采集分析,通过与虚拟蛇形穿越仿真曲线对比分析研究,为赛车操控性调校及优化设计提供有效建议。

基于特色创新平台的工科大学生创业能力培养研究——以湖北汽车工业学院汽车工程专业为例

随着科学技术特别是信息技术的迅猛发展,综合国力的竞争主要是科学技术及创新创业型人才的竞争,培养工科大学生创新创业能力是大学人才培养的重要方面。为了培养学生的创新创业能力,通过搭建"5+1"模式的大学生工程实践创新创业平台,建立大学生创业训练基地和成果孵化器,成立创业指导导师团队,引导大学生将创新成果通过创业平台孵化,实现创新与创业紧密结合。在探索实践中,学生的创新创业意识、创新创业精神和就业创业能力显著提高。基于特色创新平台的大学生创新创业能力培养探索与实践,对工科院校构建符合当前人才培养目标的创新创业教育体系提供了有益借鉴。

四轮转向汽车闭环LQR控制仿真研究

为了提高四轮转向(4WS)汽车的操纵稳定性和主动安全性,建立汽车二自由度四轮转向模型和系统状态方程,应用LQR最优控制理论建立了以横摆角速度和质心侧偏角为优化目标的四轮转向线性控制二次型最优控制模型,并基于路径跟踪策略建立预瞄驾驶员方向控制模型。基于"人-车-路"闭环控制系统,在Matlab/Simulink、CarSim联合仿真环境下对普通前轮转向、前后轮转角比例控制、LQR控制的控制效果进行验证。结果表明:LQR控制器能够很好地改善汽车质心侧偏角和横摆角速度的动态响应特性,高速控制效果最佳,基于LQR控制的4WS汽车具有更好的道路循迹能力、高速稳定性和主动安全性。

重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究

为了提高重型半挂汽车列车的高速操纵稳定性,基于模糊控制和PID理论,提出了一种牵引车加挂车主动转向控制策略。首先,在MATLAB/Simulink软件中建立三轴重型半挂汽车列车的三自由度线性模型,并对模型有效性进行验证;其次,以三自由度线性模型与TruckSim非线性模型的牵引车横摆角速度偏差及偏差变化率为输入,设计了牵引车后轮主动转向模糊控制器,同时,以挂车横摆角速度偏差设计了挂车车轮主动转向PID控制器;最后,利用MATLAB/Simulink与TruckSim进行联合仿真,分别对牵引车加挂车主动转向控制、牵引车主动转向控制和传统无控制车辆进行双移线工况及重型铰接式车辆后部放大(Rearward Amplification,RWA)性能测试。结果表明,所设计的牵引车加挂车主动转向控制策略相比传统无控制车辆优势明显,有效减小了车辆横摆角速度、质心侧偏角和铰接角等值,牵引车与挂车最大横向位移偏差分别降低了13.75%和29.17%,且RWA比率降低了13.32%,显著提高了重型半挂汽车列车的高速路径跟踪性能及操纵稳定性能。

Taurus轿车车门侧面碰撞有限元分析

汽车侧面碰撞法规对车门强度有明确的要求,车门作为车身的主要部件之一对汽车的侧面碰撞安全性有着重要的影响。以非线性有限元理论为基础,在Hypermesh中建立了Taurus轿车车门有限元模型,参考侧面碰撞法规对车门进行侧面碰撞模拟分析。并对车门结构进行改进,探讨了相应的轿车侧面碰撞安全性改进措施,通过对研究方案的对比分析,在一定程度上改善了车门的抗侧碰性能。

赛车空气动力学套件设计与气动特性研究

FSAE赛车的空气动力学特性对其动力性、燃油经济性、操纵稳定性及制动性有重要影响。文中依据大赛规则设计了FSAE赛车空气动力学套件,基于CFD方法对比分析了3种不同参数的尾翼组合方案的气动特性,确定了最优的尾翼组合方案,根据最优方案的尾翼参数对前翼的参数进行了匹配;研究了有、无空气动力学套件的赛车的空气动力学特性,安装空气动力学套件后,赛车的气动升力系数由0.28下降到-1.19,气动阻力系数由0.44变为0.68,下压力显著增加;基于MATLAB对有、无空气动力学套件的赛车在特征赛道上的性能进行了计算,结果表明:赛车加装空气动力学套件后有效提高了过弯速度,推迟了刹车点,提高了圈速,有效提高了赛车的操纵稳定性和动力性。

TAZ5313JQZQY25A起重机动力传动系统优化匹配

利用CRUISE软件建立TAZ5313 JQZQY25A汽车起重机整车模型,对其动力性、制动性能进行仿真分析,并与实验数据对比,验证了所建整车模型的正确性。为改善该车的动力性能,采用不同的发动机、变速箱和主减速器对其动力传动系统参数进行优化和匹配,通过加权综合评价法对整车的动力性能进行综合评价,得到最佳的动力匹配方案。

FSAE赛车悬架系统优化设计与刚度调校

基于ADAMS/Car模块建立FSAE赛车双横臂独立前悬架模型,并对前轮定位参数进行仿真分析,基于ADAMS/Insight模块通过设定设计变量、目标函数和优化目标进行多目标优化设计,借助赛车悬架数据采集系统,对实车进行悬架刚度调校。结果表明,悬架系统性能得到提升。

ZK6100H客车性能仿真与正交优化匹配

利用CRUISE对ZK6100H客车进行整车建模及仿真模拟,分析了该客车的动力性、燃油经济性以及制动性能。将仿真实验数据与公告数据进行对比,确定了仿真模型的可靠性。通过正交优化方法对汽车的传动系统进行正交优化,应用极差分析原理确定兼顾动力性及燃油经济性的优化组合。

FSC赛车进气系统CFD设计开发

为了降低由于进气限流对发动机性能造成的影响,提高发动机充气效率,减少进气阻力,需要对赛车进气系统进行重新设计。文章利用CFD分析方法对赛车进气系统参数进行内流场优化仿真,选取20°入口锥角、7°出口锥角、315mm的进气总管、3L的稳压腔及80mm的进气歧管等参数,自制碳纤维进气系统。设计的赛车进气系统通过了发动机台架试验,实车比赛完成了所有比赛项目。经过CFD设计开发,提高了赛车的动力性、经济性和轻量化水平,对于指导大学生方程赛车进气系统开发具有一定的理论和实用价值。

基于ANSYS的BN492发动机曲轴有限元分析

曲轴是发动机中最重要零件之一。理论和实践表明,曲轴的破坏形式主要是弯曲疲劳和扭转破坏,曲轴内产生交变的弯曲和扭转应力,可能引起曲轴疲劳失效。本文以BN492曲轴为例,对曲轴单拐模型进行了应力和位移静力分析,确定危险点位置,并对曲轴的弯曲疲劳强度进行了校核。最后对整个曲轴模型进行前12阶自由模态分析,得出曲轴的固有频率和振型,为曲轴的设计以及改进提供了参考依据。