“汽车空气动力学”专栏简介

汽车空气动力学涉及到三维钝体绕流、湍流、噪声、传热以及流动控制等一系列复杂动力学问题。随着汽车工业的快速发展和技术的不断进步,汽车空气动力学的研究对于提升汽车性能、节能减排具有重要意义。近年来,我国汽车工业的国际竞争力日益增强,国内已拥有数家国际一流的汽车整车风洞、先进的汽车CFD仿真及优化方法,更有一批年轻的空气动力学专业人才投身到该行业,技术成果在汽车行业中得到了较好应用。

汽车空气动力学专业课程思政建设与课程实践研究

在汽车空气动力学专业课程的教学中开展课程思政建设,设置课程思政目标,深入挖掘课程内容当中的思政元素,从教学理念与教学方式等方面厘清课程思政实施的原则、方向和方法,开展教学实践,推动专业课程学习与思想政治教育的深度融合。高等学校的课程体系是重视育人和育才相统一的人才培养过程。课程思政建设内容和策略对专业知识的学习具有重要的引导和促进作用,二者相辅相成。

论汽车动力学课程思政的内在机理与实现路径

汽车动力学课程团队在准确把握课程思政“融入、隐形、全员”内涵的基础上,挖掘课程思政的内在机理,即坚持知识传授与价值引领同频共振、与唯物辩证相互融合、与行业转型同向同行、与创新实践协同共进和与人文关怀“刚柔相济”。积极探索专业课程思政的实现路径,科学构建涵盖增强育人意识、坚持目标导向、注重自然融入和关注学情反馈的课程思政平衡生态系统,为专业课程开展课程思政提供借鉴。

电动汽车电控液压制动系统CarSim/Simulink联合仿真研究

针对某款国产电动汽车的电控液压制动系统,文章基于滑移率的比例-积分-微分(PID)控制提出了防抱死制动系统(ABS)模型,以改善车辆制动性能,提高在对开路面上的制动有效性和安全性。首先,使用Simulink软件建立液压电控制动系统的动力学模型;然后,基于滑移率设计PID控制器,并通过1/4车辆模型验证其有效性;最后,利用S函数将ABS控制器的Simulink模型输入CarSim平台中,开展CarSim/Simulink双平台联合控制仿真。结果表明,基于滑移率的PID控制的ABS对比无ABS的车辆,制动性能更加优越,在对开路面上制动稳定性更加明显。

基于汽车纵向动力学的防追尾控制方法设计

为避免汽车发生追尾事故,设计了一种基于汽车纵向动力学模型的防追尾控制方法。①通过分析汽车的制动过程,建立安全距离的数学模型,得到动态的预警距离和危险距离;②为使汽车保持安全距离,基于汽车纵向动力学建立了系统的整体模型,利用李雅普诺夫稳定性理论,结合动态的预警距离和危险距离,使用反步法设计控制方法,使得系统渐进稳定;③通过实验验证得出结论,所设计的控制方法可使汽车较好地跟踪期望速度以及期望位移,并且自车在制动过程中与前车的相对距离始终大于危险距离,保证了两车的安全,从而实现汽车防追尾的设计目标。

网格自适应加密在汽车CFD中的应用

以CAERI Aero Model为基础研究模型,提出基于网格自适应加密方法的自动化计算流程,验证了该方法在汽车空气动力学CFD仿真中计算结果的准确性及应用可行性。对比网格自适应加密与传统网格加密计算方法,结果表明:应用基于网格自适应加密方法的CFD计算结果与风洞试验误差小于1%,该方法仿真精度高;在保证流场三维结构一致的情况下,能减少整车约13%的体网格数量;提高计算时间效率约9.6%。研究结果可为网格自适应加密方法在汽车CFD中的应用提供重要参考。

汽车动力学仿真软件应用开发与教学实践

为提高汽车理论课程的教学效果,利用MATLAB建立基于图形用户界面(GUI)的汽车动力学仿真软件。该软件主要包括汽车动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性以及平顺性等模块。在汽车理论的教学过程中,一方面学生可以在软件中根据自己的要求设置相应的参数,直观清晰地查看相应的响应情况,加深对知识点的理解;另一方面,该辅助软件也能激发学生的学习兴趣,提高学生的主观能动性,从而达到较好的教学效果。

汽车行驶的力学原理

汽车在行驶过程中存在着许多矛盾,从力学的角度看,动力和阻力是一对最基本的矛盾.本文试用力学原理分析这对矛盾的特殊性及相互关系,并解释汽车在行驶过程中的常见现象.动力也称为牵引力,是由外界施加给汽车的,产生的原理见图1.发动机经传动系统在驱动轮上作用一个扭矩M_k,力图使驱动轮逆时针转动.在M_k的作用下。

汽车动力传动系实时动力学仿真模型

将动力传动系视为刚体系统,建立适用于开发型驾驶模拟器的动力传动系4自由度实时动力学仿真模型,输入驾驶员的点火开关信号、油门踏板信号、离合器踏板信号及挡位信号,在一定的传动系各部件及驱动轮的运动状态下,传动系模型可向整车动力学模型输出驱动轮上的驱动力矩,从而完成车辆的实时动力学仿真,并进一步向驾驶模拟器输送整车的实时运动状态。仿真与动力性试验的对比结果表明,该模型不但具有实时性,而且可通过整车模型使开发型驾驶模拟器为驾驶员提供逼真的整车运动响应。

基于空气动力学数值模拟的汽车造型设计

结合作者进行的汽车造型概念设计,介绍了应用虚拟风洞进行汽车空气动力学数值模拟的研究过程。通过对模拟结果的处理获得了汽车造型设计初期的汽车气动力系数,汽车周围流场速度云图和压力分布,结合汽车空气动力学研究经验,提出了基于空气动力学数值模拟的汽车造型设计方法。

基于MATLAB汽车动力学仿真研究

对影响汽车行驶安全的各方面因素进行了较为深入的分析和研究,建立车体6个自由度加上前轮转向系统1个自由度的汽车数学模型;该汽车数学模型不需引入很多的人为假设;可以实现给定汽车前轮转角,也可以不给定前轮转角;不依赖需要复杂测定的侧向力函数及相关模型参数;考虑了轮胎的滚动特性。利用MATLAB语言开发了一个模块化的仿真软件,该软件能够满足所建模型的校验和在特殊工况下的仿真研究;也可以进一步完善该软件使之服务于汽车运行的其他方面的仿真研究。

基于双dSPACE的汽车动力学集成控制快速原型试验

针对全线控电动汽车,提出了一种以前馈控制为主、反馈控制为辅的汽车动力学多目标集成控制策略,建立了集成控制架构,并分别设计了控制系统感知层、命令层、控制分配层和执行层;采用DS1103单板系统和DS1006中型仿真器两套dSPACE实时仿真系统建立了快速控制原型试验平台;并进行了典型工况测试试验。结果表明:本文控制策略能够有效提升车辆性能;同时,建立的快速控制原型测试方法操作简便、控制灵活,能够有效缩短控制系统开发周期、提高开发效率。

基于xPC Target的汽车动力学HiL仿真系统设计

目前,汽车工业进入了一个高速发展的阶段,汽车从设计到上市,周期越来越短,而汽车的设计和研发是一项非常复杂且耗资巨大的工程,尤其是一些实车实验,不仅复杂而且带有一定危险性。为了方便汽车研发工作,缩短研发周期,运用xPC Target和veDYNA等软件开发工具,结合方向盘转角传感器、油门踏板传感器和制动踏板传感器等硬件工具,设计了一套汽车动力学硬件在环仿真系统。详细介绍了该系统的工作原理,以及各硬件模块和软件模块的结构和原理。最后,设计了一个汽车在半径为50米的圆形平坦路面上行驶的仿真实验,并对该H iL仿真系统的性能指标进行测试和分析。实验的结果表明,该仿真系统的精度和实时性非常好,完全能够满足一般汽车动力学仿真实验要求。

基于汽车动力学与加速度传感信息的纵向坡度实时识别算法

纵向坡度信息是汽车底盘及传动电控系统中的常用参量,其识别精确度及平滑度直接影响控制策略实施的准确性及驾乘舒适性,然而纵向坡度识别的难点在于:车辆高频动态特性及行驶工况复杂性直接影响加速度传感器的信号质量,由此也降低了直接使用该信息估算坡度值的精确度,而基于复杂非线性模型的观测方法则难以实时运算。同时一种识别方法若要扩展应用到多个电控系统中,也要求尽可能采用基本相同的变量作为输入。采用加速度坡度法与汽车动力学坡度法相融合的方式,根据其各自高精确度范围,先计算置信因子,得出坡度原始值,再利用广义迟滞滤波方法进行平滑处理,得到精确、平稳的坡度值。通过实车试验,验证了坡度识别算法的有效性。该方法具有运算量小、成本低、易实现的特点,可应用在多种实时电控系统中。

基于最优控制的汽车操纵逆动力学的研究

提出了一种基于最优控制理论的汽车操纵逆动力学研究方法,用于识别不同汽车跟踪同一期望路径的方向盘转角输入。以驾驶员对汽车施加的方向盘转角输入为控制变量,以精确跟踪期望路径为控制目标,将汽车操纵逆动力学问题转化为最优控制问题。利用直接配置方法将最优控制问题转化为非线性规划问题,运用序列二次规划方法求解。仿真结果表明:该方法能够使汽车很好地跟踪所期望的路径,且可以比较跟踪同一路径的不同汽车的操纵性能。

汽车纵向动力学系统的模糊—PID控制

在对汽车纵向动力学控制系统进行分析的基础上,探讨了基于两车的车列纵向自动跟踪的控制问题,建立了二阶车间纵向相对距离控制模型,并设计了汽车发动机/制动器的逻辑切换规律。应用参数自整定模糊-PID控制,对PID的3个参数进行调节,控制被控车与导航车的车间纵向相对距离误差和纵向相对速度误差的变化范围,以实现汽车纵向控制。仿真结果表明,这种方法与模糊控制相比,减小了系统的超调量,增强了动态抗干扰能力,具有一定的鲁棒性,较好地解决了控制系统快速性和小超调之间的矛盾。

汽车操纵逆动力学的现状与发展

在回顾汽车操纵动力学发展历史的基础上,阐述了研究汽车操纵逆动力学的重要性,列举了三类汽车操纵动力学研究方法。描述了汽车操纵逆动力学的内涵,并给出了主要的研究方法和一些应用实例。最后,根据汽车操纵动力学发展史预测,汽车操纵逆动力学的发展有可能会导致汽车操纵动力学性能的显著提高,并解决现今流行的汽车操纵动力学中的“瓶颈”问题。

汽车底盘线控与动力学域控制技术

汽车动力学及其线控技术是汽车底盘设计中的难题,一直是学界研究的热点。汽车的智能化发展也对底盘线控执行技术提出了更高、更迫切的性能要求。该文介绍了汽车动力学与底盘线控技术的最新进展:针对汽车动力学及控制技术,介绍了动力学建模分析、动力学状态观测以及动力学稳定性控制策略的发展历程及研究现状;针对底盘线控执行技术,概述了面向智能驾驶的线控制动、线控转向、线控驱动发展历程及研究现状;针对汽车底盘集成控制技术,提出了底盘动力学域控制的概念,系统性地说明了域控制架构和协调控制策略。最后展望了汽车底盘线控与动力学域控制技的术未来研究趋势。

汽车线性与非线性乘坐动力学建模与仿真研究

在建立4自由度半车线性与非线性数学模型的基础上，选择半圆形凸起、波形路面为离散事件激励进行仿真。结果表明，两者的误差在较大的范围内变化，只有当路面激励状况在特定的工作点附近变化时，线性模型才可较精确地代替非线性模型。国内路面状况比较复杂，如果采用线性模型进行乘坐动力学系统的参数设计，采用非线性模型在不同路况下进行仿真是必要的。

最优控制在汽车操纵逆动力学的应用

提出了一种最优控制理论在汽车操纵逆动力学应用的研究方法.该方法基于最优控制理论,运用改进的直接多重打靶非线性规划方法求解方向盘转矩输入.通过仅假设出节点处的控制变量值,将最优控制问题转化为非线性规划问题,运用序列二次规划方法对转化后的非线性规划问题进行求解.利用该方法仿真出了两类车跟踪同一路径的结果.结果表明,该方法能够使汽车很好地跟踪所希望的路径,而且该方法在求解最优控制问题时更方便,收敛更快.