基于V形记忆曲线的汽车轮毂造型衍生设计方法

为提高汽车轮毂造型设计的效率,增强品牌造型识别度,提出一种高效的轮毂造型衍生创新设计方法。通过分析轮毂V形记忆曲线的变化规律和特点,总结出两类V形记忆曲线,并根据控制点数量分别进行了定量化表达;以轮毂造型的5个设计要素为基础,提取轮毂骨骼的特征并建立运算法则,构建基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法;通过参数化实现造型构建方案衍生,验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法提高了轮毂设计效率,实现了轮毂造型创新及提升品牌特征延续的设计目标,为同类型产品的创新设计提供参考。

永磁轮毂电机技术发展综述

电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电机的优缺点进行了分析;其次,调研了目前市场主流轮毂电机产品的性能参数,为轮毂电机的研发提供参考目标;然后,针对轮毂电机高功率/转矩密度、宽转速运行范围、高运行效率和高可靠性等需求,分别调研了径向磁场、轴向磁场和横向磁场等不同类型的永磁轮毂电机的研究现状;最后,展望了不同磁场类型的永磁轮毂电机的发展方向。

以谐波为导向的轮辐式磁场调制永磁轮毂电机转速波动抑制研究

结合车辆轮毂直驱应用场合需求,以“低速大转矩”能力出色的轮辐式磁场调制永磁轮毂电机为研究对象,系统性开展以谐波为导向的电机转速波动抑制研究。分析齿槽转矩这一引起电机转矩波动的重要因素,确定与之相关联的主导谐波阶次。并且,将关联谐波作为优化设计目标,有效削弱齿槽转矩,从而有助于在电机设计层面实现电机转速波动的抑制。此外,面临轮毂直驱场合复杂工况及恶劣路况的驱动需求,在电机控制层引入“扰动抑制能力出色”的自抗扰控制技术,在自抗扰控制器误差反馈控制律中针对性引入电机齿槽转矩主导谐波的抑制环节,提出谐波导向型线性状态误差反馈控制律,进一步抑制了电机的转速波动。理论分析与实验结果验证了研究的合理性。

基于状态估计的轮毂电机驱动控制策略研究

为克服轮毂电机响应慢,控制精度和抗干扰性差的难题,本文在滑模控制(Sliding mode control,SMC)的基础上,开发基于转速和角度在线状态估计的超螺旋滑模(Super-twisting sliding mode control,STSMC)轮毂电机转速转矩联合控制策略。采用单移线工况,轮毂电机汽车匀速换变道时分别对各轮毂电机进行转速控制,满足阿克曼转向要求,变道后采用正弦过渡方法对各轮毂电机进行转矩控制,电机快速平滑输出期望转矩,车辆直线加速。为防止转速和角度传感器误差或者损坏,轮毂电机控制中采用最大相关熵平方根广义高阶容积卡尔曼算法(Maximum correlation entropy square root generalized high-order cubature Kalman filter,MCSRGHCKF)对转速和转子角度进行无传感器估计,实验测试得到转子角度估计误差为-0.05 rad,转速误差为0.3 r/min,满足电机控制要求。从电机启动到匀速运行阶段采用STSMC算法控制,转速超调量为6.33%,最大输出转矩为0.35 N·m,响应时间为0.22 s,稳态转速脉动为±0.5 r/min,转矩脉动为±0.01 N·m,相比PID和SMC算法,控制效果更佳。在转速切换转矩控制,转矩可按照正弦函数平滑过渡,最大超调仅为2.86%,电机运行平稳。

汽车轮毂表面缺陷检测技术分析与装置设计

机器视觉作为代替人工检测轮毂表面缺陷的重要手段,是目前该领域的主要研究方向,因此针对汽车轮毂表面缺陷检测技术的研究现状进行了综述与分析。首先,从轮毂表面缺陷的类别和人工检测流程入手,阐述了基于机器视觉的轮毂表面缺陷检测技术的要求和难点。其次,分析了基于机器视觉的智能检测算法的发展历程,包括传统的机器视觉方法在缺陷图像预处理、缺陷定位和特征提取、缺陷分类识别中的应用;卷积神经网络(CNN)等深度学习方法在缺陷检测、分割以及其他方面的应用。最后,介绍了现有轮毂型号识别装置、轮毂缺陷X射线图像采集装置、轮毂表面缺陷图像采集装置,并在分析当前基于机器视觉的智能检测装置在实际应用中的局限性及需要解决的若干关键技术问题的基础上,提出了3种智能检测实验装置设计方案,为全自动快速检测装置的研制与性能提升提供理论与技术支撑。

轮毂轴承单元摩擦力矩计算及动力学联合分析软件

为缩短轮毂轴承单元摩擦力矩及动力学分析计算时间,提高轮毂轴承单元设计开发效率,以第三代轮毂轴承单元为研究对象,采用MATLAB GUI软件平台开发了轮毂轴承单元摩擦力矩及动力学联合分析软件,可对轮毂轴承单元滚动摩擦力矩、滑动摩擦力矩、密封件摩擦力矩、因拖曳损失导致的摩擦力矩进行计算,还开发了与ADAMS软件的二次接口,能进一步对轮毂轴承单元的运转过程进行动力学分析,计算结果可在软件界面中直接输出。某轮毂轴承单元的启动摩擦力矩和运转摩擦力矩的试验结果表明,软件计算值与测量值误差较小,可满足工程应用需求;通过动力学分析优化设计的轮毂轴承单元通过了耐久性试验验证。

第三代轮毂轴承保证轴向游隙的动态选配方法

针对保证第三代轮毂轴承完成自动装配后的轴向游隙在规定范围的问题,首先根据装配线上轮毂轴承的实际测量推导出轴向游隙公式;其次,以满足轮毂轴承单元轴向游隙为目标,把增加的工艺生产功能转换为约束条件;最后,通过仿真模拟装配机床的合套过程,采用动态路径规划算法获取高精度组件的自动选择性装配方法,实现轮毂轴承钢球与外圈、内圈、法兰自动选配的最优合套方案。该方法提高了轴承轴套率,降低零件的报废率,可进一步推广到分析其他类型的轴承合套问题。

多楔轮毂缘多道次旋压成形工艺研究

针对传统锻后切削工艺生产多楔轮存在材料利用率低、切断齿形金属流线等问题,以某多楔轮零件为研究对象,基于旋压近净成形原理,对多楔轮毂缘制定了多道次旋压工艺方案。基于SIMUFACT软件平台建立了多道次旋压成形全流程三维有限元模型,通过数值模拟研究了各道次旋压成形过程中的毂缘区材料流动规律及增厚情况。模拟结果表明,旋压预制坯外缘在第1道次旋弯轮弧挤压作用下发生明显的弯曲和增厚,板坯整体呈“半弧形”结构,后经过第2道次旋平轮镦挤推平,板坯整体发生二次增厚并成形出满足旋齿厚度要求的毂缘筒壁;通过第3道次和第4道次旋齿工艺使毂缘筒壁金属发生转移,形成满足尺寸要求的齿形结构。根据模拟结果进行试验研究,成功试制出质量合格的多楔轮零件,验证了该成形方案的可行性。

基于OptiStruct的汽车轮毂轻量化设计研究

基于有限元分析方法,采用拓扑优化理论对某车型轮毂结构开展轻量化设计研究,提出不同约束条件下的轻量化轮毂方案,进行对比分析。首先依据现有车型数据设计初始轮毂结构,基于车辆运行的典型工况校核原始模型的服役强度,之后结合拓扑优化方法研究不同工艺约束、体积约束条件下的轻量化方案,并考察优化设计方案的可行性及合理性,为轮毂结构的轻量化设计提供一定的参考依据。

轮毂电机电动汽车空气悬架阻尼GA-LQR控制研究

针对轮毂电机驱动电动汽车因电机内部不平衡电磁力引起的负面振动加剧等问题,提出一种基于遗传算法的线性二次型调节器(GA-LQR)的空气悬架阻尼控制方法。建立包含轮毂电机和空气悬架系统的轮毂电机驱动电动汽车8自由度半车动力学模型,并进行实车试验验证模型;仿真分析路面激励和不平衡电磁力两者对电动汽车垂向振动的影响;根据最优控制理论提出LQR控制策略,并通过遗传算法对LQR控制中的加权矩阵Q和R进行全局搜索优化,构建了GA-LQR阻尼控制器。仿真结果表明:相较于被动悬架和LQR控制的空气悬架,基于GA-LQR控制的空气悬架对电动汽车各评价指标的改善效果明显,可有效抑制轮毂电机因偏心引起的不良振动,极大地提高车辆的乘坐舒适性。

双轮毂电机驱动力矩在线分配控制方法研究

针对双轮毂电机驱动汽车的高效低耗能问题,提出一种考虑双轮毂电机驱动力矩在线实时反馈的优化方法。首先,建立轮毂电机能耗模型、动力学模型以及转矩分配控制模型;其次,以轮毂电机驱动效率为目标,以轮毂电机转矩、转速和能耗为不等式约束,建立基于加入异变序列的QPSO-LSTM算法的优化模型;最后,搭建Lab-VIEW软件实验平台,使轮毂电机在716 N·m转矩峰值和1000 r/min转速峰值的约束条件下稳定输出。结果表明,软件平台可实时监测并调整驱动车辆系统数据,在FTP-75工况下,加入异变序列的QPSO-LSTM算法比量子遗传算法和粒子群算法的单循环能耗分别降低了2.98%和4.64%;在CLTC-P工况下,单循环能耗分别降低了3.06%和4.81%。

基于路面影响因子的轮毂电机驱动车辆自适应转矩控制

为实现轮毂电机驱动越野车辆在附着条件多变、路面起伏不定的复杂环境中动力性和稳定性的多目标优化,提出一种基于路面影响因子的自适应转矩控制策略。以滚动阻力差异、空气阻力归一化比例、坡度阻力归一化比例、路面附着差异方差以及最小路面附着系数5个特征参数作为输入,并基于模糊理论方法搭建路面影响因子五参数辨识模型。基于辨识出的路面影响因子,开发整车动力性和稳定性多目标优化自适应转矩控制策略,构建了三层式控制架构:顶层引入路面影响因子对加速度紧迫程度进行判定,采用模型预测控制算法得到期望总驱动力;中层为目标决策层,以最优滑转率为目标决策驱动防滑力矩,并基于路面行驶阻力,决策期望前馈补偿力矩;下层为转矩分配层,以需求总驱动力及轮胎利用率作为控制目标,引入路面影响因子优化两者权重系数,以多约束条件的混合优化算法对转矩进行自适应控制。利用Matlab/Simulink-CarSim联合仿真平台进行仿真,基于实车进行验证。结果表明,在低附着路面,在0.2s内快速完成滑转率抑制;在对开路面,侧向位移接近0;在大扭曲路面,避免腾空车轮出现大滑转率,滑转率最高0.2。

基于恒功率约束的换挡毂数控铣削加工控制系统设计与实现

【目的】汽车双离合变速箱(Double Clutch Transmission,DCT)的核心零部件换挡毂加工制造精度要求高,针对数控铣削工艺的非线性问题,通过优化切削参数,以提高生产效率及延长刀具寿命。【方法】以主轴负载恒功率为约束条件,设计一种基于模糊控制算法的铣削加工控制系统。采用CP1E N30作为主控制器、CX-programmer开发下位机程序、Kingview开发上位机系统,完成基于主轴功率信号反馈的智能控制器的开发。【结果】在XHK716加工中心机床上实现铣削工艺的恒功率控制,通过换挡毂粗铣B平面工艺过程的应用,可知实时功率保持在目标功率附近。【结论】该控制系统提高了铣削加工效率,实现了保护刀具的目标,对延长刀具寿命有较好的参考价值。

重型汽车轮毂柔性夹具的设计与分析

轮毂是重型汽车上重要支撑部件,其关键尺寸和形位公差要求较高,现对已有轮毂生产线进行工艺升级改造,调整轮毂生产加工工艺,对生产设备、工艺方案、工装夹具等方面进行重新规划和设计,均衡设备工作负荷,保证加工质量,解决产能瓶颈问题。在新加工工艺中,调整了加工工艺方案,合理选择定位基准,使重要部位在一次装夹下完成加工;重新选择关键工序的生产设备,保证重要尺寸和形位公差要求。根据加工工艺的调整,优化设计精车大头、精车小头、钻孔等工序的工装夹具,精车大头采用三爪卡盘和支撑顶杆装夹,精车小头、钻孔和攻螺纹3道工序则采用柔性化专用夹具,工装夹具采用气动夹紧方式,使其既能够保证加工精度,又满足多种型号轮毂加工的柔性化需求。为确保工件在加工中不因外力和自身重力作用而发生移位,夹具夹紧可靠,以精车大头外圆为例,对此道工序的夹具所需最小夹紧力进行测算,为后续夹具结构的优化和油缸、气缸的选择提供依据。

聚磁式永磁轮毂电机多目标优化设计

集成二级行星减速器轮毂驱动系统对电机电磁和力学性能提出了更苛刻需求。为进一步提升永磁轮毂电机转矩密度和弱磁范围,提出一种聚磁式永磁轮毂电机拓扑结构,分析转子关键参数对转矩密度、弱磁能力和转子强度的影响规律,确定电机初始优化目标;进一步利用有限元及响应面法构建输出转矩、特征电流及转子应力的代理优化模型,并利用改进布谷鸟算法进行多目标优化设计;对比分析优化前后电机电磁和机械性能。最后,试制75 kW聚磁式永磁轮毂电机,试验结果验证所提多目标优化算法的可行性和有效性。

基于GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型的轮端轮毂锻造工艺优化

目的针对6082铝合金轮端轮毂在热处理过程中出现的粗晶问题,利用基于遗传算法优化的BP神经网络晶粒尺寸预测模型模拟优化锻造工艺方案,避免产生粗晶。方法以遗传算法替代梯度下降法优化神经网络各节点的权值和阈值,建立高精度的GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型,再以轮端轮毂为对象,设计锻造工艺方案并利用Deform进行微观组织仿真,研究压下速率、坯料初始温度对晶粒尺寸的影响,获得最优方案。结果优化模型预测的晶粒尺寸平均值和最大值的平均绝对百分比误差分别为2.55%、0.43%,与常规的BP神经网络相比,准确性有了较大提高。对比不同锻造方案的结果,得到轮毂较优的初始坯料温度为500℃,压下速率为200mm/s,经试验验证,锻件特征位置的晶粒尺寸预测值与实际值之间的误差均在10%以下,表明该预测模型具有良好的工程应用价值。结论遗传算法的引入大大增强了BP神经网络的全局寻优能力,提高了模型的准确性。在Deform中复现的预测模型对锻件的晶粒尺寸分布有较好的预测效果,并基于此成功模拟、优化了轮端轮毂的锻造方案。

特种车辆轮毂电机铁心损耗计算研究

铁心损耗在特种车辆轮毂电机损耗中占据较大比例,直接影响驱动系统的效率和温升。为准确计算铁心损耗,以一台额定功率70 kW的轮毂电机为研究对象,通过时步有限元分析得到定子铁心各个区域的磁密波形,并分别对径向磁密、切向磁密波形进行谐波分析,进而研究旋转磁化和谐波磁场对轮毂电机定子铁耗的影响。在进行磁密波形及其谐波分析后,采用3种铁耗计算方法分别计算轮毂电机定子铁耗,从轮毂电机效率及损耗试验数据中分离出定子铁耗值,并与不同方法的计算结果进行比对分析,结果表明同时考虑旋转磁化及谐波磁场影响的计算方法精度最高,其计算结果与试验值最相近,验证了计算方法的有效性。

轮毂电机驱动电动汽车4WS和DYC协调控制

为了提高轮毂电机驱动电动汽车的路径跟踪能力和操纵稳定性,本文针对主动四轮转向系统(4WS)和直接横摆力矩控制系统(DYC)提出一种新型的协调控制策略。首先,综合考虑车辆的路径跟踪性能和操纵稳定性,建立一种共享转向控制模型,并在此基础上提出基于非合作Nash博弈的4WS控制策略。其次,为了提高危险行驶工况下的车辆侧向稳定性,基于质心侧偏角相平面将车辆状态划分为稳定区域、过渡区域和失稳区域,并分区域建立DYC控制器。再次,为了实现后轮转向与直接横摆力矩的协同控制,建立基于模糊神经网络的ARS/DYC协调控制器。最后,利用CarSim/Simulink联合仿真平台和硬件在环平台,分别进行双移线工况下的试验验证。研究结果表明,所提出的控制策略能够有效地提高车辆在极端行驶工况下的路径跟踪精度和操纵稳定性能。

汽车轮毂轴承结合Romax的可靠性分析

以某型号中高档前轮驱动轿车的前轴右轮轮毂轴承作为研究对象,对轮毂轴承进行Hertz理论分析,利用Romax对它进行三维建模并编辑载荷谱运行后得出接触应力,并将理论结果与仿真结果进行对比。最后,采用拉丁超立方采样、一次二阶矩法,对轴承进行动态可靠性与灵敏度计算与分析。结果表明:基于Romax的汽车轮毂轴承可靠性方法可以有效分析汽车设计过程中的轮毂可靠性与灵敏度,可作为汽车轮毂选型匹配与设计的方法。

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。