车辆轮胎力的鲁棒估计方法研究

轮胎力的准确获取对车辆主动安全系统精确控制的实现至关重要。本文提出了一种轮胎力的鲁棒估计方法。在假设系统噪声特性为分布未知但有界的同时,该方法将集员滤波算法引入到轮胎力估计器的设计中,并结合强跟踪理论和序贯更新的思路对该算法进行优化。在此基础上,结合车轮转动动力学模型和双轨车辆动力学模型分别设计轮胎纵向力和侧向力估计器。最后,利用联合仿真平台对所提出的方案进行验证。结果表明:相较于卡尔曼滤波方案,改进的集员滤波方案能够获得更好的估计效果,且对系统噪声和道路状况的变化具有很好的鲁棒性。

基于加速度计的智能轮胎轮胎力估算的通用方法:分析模型和试验验证

智能轮胎通过在轮胎内放置有源传感组件(例如,嵌入式微传感器)来提高车辆性能和安全性。智能轮胎的一个应用是基于加速度计的轮胎力估算。然而,由于基于模型的理论难以将轮胎力与运动学信息联系起来,其发展受到限制。本文阐述了一种基于加速度计的智能轮胎估算轮胎力的通用方法,并进行了试验验证。首先,建立基于微机电系统加速度计的具有车载监测轮胎力功能的智能轮胎样机;然后,提出了一种理论滚动运动学模型,阐明了刚体运动与弹性变形耦合作用下的加速度场机理。制定分析模型以实时估算垂直力。此外,采用梁式模型描述轮胎带束层的侧向变形,直接将侧向加速度和侧向力联系起来。最后,侧向力可以通过侧向加速度和已经估算的垂直力来估算。侧向力估算方法基于通用分析模型,通过明确和消除层转向的影响,在不同情况下,即使在统一系数下也能实现高精度。为了充分验证所开发的模型,已经进行了现场测试和两次台架试验。由此可以得出结论,基于理论分析的估算模型利用智能轮胎硬件系统实现了令人鼓舞的轮胎力估算应用。

基于轮胎力观测器的路面附着系数识别算法

研究适用于车辆稳定性控制系统的实时路面附着系数估计算法。利用轮胎力观测器实现对轮胎力的观测:利用制动轮缸压力估算值计算制动器制动力;由车轮的动力学方程计算地面制动力;由整车动力学方程计算车轮垂直载荷进而计算利用附着系数;通过轮速信号计算车轮滑移率。综合利用上述信号给出路面附着系数的估计算法并进行算法的试验验证。试验结果表明该算法能够较准确地识别路面附着系数,具有较好的实用价值。

轮胎力传感器质量对测量精度和整车稳定性影响

轮胎力传感器(Wheel force transducer,WFT)采用串联方式传递地面对轮胎的作用力,增加轮胎质量4～10 kg,此附加质量对WFT本身测量精度和整车稳定性会造成影响。选择8梁和4梁弹性体两种典型电阻应变WFT,对弹性体、未改制轮辋、弹性体+改制轮辋装配体进行模态对比分析。然后量化由轮胎旋转形成的离心力和由弹性体外环垂直运动惯性力形成的附加变形梁拉压变形。基于15自由度整车仿真模型进行90 km/h匀速、160°转向盘角阶跃输入对比试验,根据质心侧偏角和横摆角速度分析WFT附加质量对汽车稳定性的影响。结果表明,弹性体基频振动中变形梁的拉伸和弯曲变形,以及垂直运动惯性力形成的附加变形梁拉压变形是形成WFT系统测试误差的主要因素;WFT安装后会改变整车的稳定性,增加响应延时。

三向轮胎力作用下路面动力响应分析

采用两自由度非线性汽车模型和地基上双层薄板建立三向轮胎力作用下的车-路系统。将非线性Gim模型与垂向点接触轮胎模型相结合对三向轮胎力进行描述。利用伽辽金方法推导三向轮胎力作用下路面响应的解析解,研究制动移线工况下各轮胎分力对路面响应的贡献,比较只考虑垂向轮胎力作用和考虑三向轮胎力作用时路面响应的差别,并分析系统参数对此差别的影响。研究成果有利于揭示车辆对道路的三向作用机理,为道路响应计算和道路寿命预测提供新的研究思路。

基于车辆稳定性的轮胎力优化分配研究

针对电动汽车的高速行驶稳定性问题,对四轮独立制动/驱动、四轮独立转向电动汽车进行了研究。提出了一种轮胎力优化分配控制算法,提高极限工况下车辆稳定性。首先,根据驾驶员的转向、制动/驱动输入,基于理想二自由度车辆模型算出横摆角速度、质心侧偏角的目标值,然后比较目标值与车辆实际值得出偏差,再根据目标值与实际值的偏差采用滑模控制计算出了所需的总横摆力矩、侧向力、纵向力。最后基于八自由度车辆模型,通过最优分配控制算法,计算出了每个车轮上需要施加的纵向力与侧向力。利用Matlab/Sinmulink与车辆动力学软件CarSim联合仿真验证了基于车辆稳定性的轮胎力优化分配效果。仿真结果表明,提出的轮胎力优化分配算法在高速急转向工况下能够使车辆保持理想的横摆角速度和质心侧偏角,提高了极限工况下车辆稳定性。

动态轮胎力仿真的新方法(英文)

在评价由于车辆特性造成的道路破坏时,车辆动态轮胎力的预测是一个重要问题。开发出一种用于预测车辆动态轮胎力的新方法,采用多体系统动力学(MBS)理论及相应软件ADAMS,可以详尽地模拟车辆的复杂非线性特性。动态轮胎力的仿真模型采用实验数据进行了校验,并与以往采用的简单模型进行了比较。

采用RKF轮胎力估计的4WID电动汽车纵向速度估计研究

车辆纵向速度、轮胎力的准确获取是车辆主动安全控制的前提和基础,由于直接测量纵向速度和轮胎力的车载传感器价格极其昂贵,提出了采用随机卡尔曼(RKF)轮胎力估计的纵向车速估计。利用普通车载传感器直接测量的车辆状态参数结合车辆七自由度模型,采用RKF算法估计轮胎侧向力;其次,根据估计的轮胎力,运用卡尔曼滤波(KF)技术实现纵向车速估计。Car Sim与MATLAB/Simulink联合仿真结果验证了该方法的有效性。

复杂移动轮胎力作用下沥青路面黏弹性力学行为模拟研究

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法则宜采用应变硬化率关系式;在轮胎力反复作用下,路面内部的应力分布趋于均匀,中面层承受较大的Tresca应力;在轮胎工作状态相同的条件下,单轮组对路面永久变形的贡献与双轮组同等重要,双轴组对路面的破坏效应比单轴组更加显著。

平方根UKF算法在汽车轮胎力估计方法中的应用

针对车辆行驶过程中各车轮轮胎力等状态参数,在现有测量水平及成本下难以找到较适用的传感器直接测量的问题,提出利用七自由度车辆动力学模型结合平方根UKF算法的汽车轮胎力估计方法.利用该算法具有的无需计算雅可比矩阵和较高的非线性近似精度等优点,在无需建立轮胎力学模型的前提下,确保了迭代UKF的数值稳定,实现对汽车轮胎力估计.应用CarSim软件进行仿真对比试验,仿真结果表明,基于平方根UKF的汽车轮胎力估算方法对各轮胎的纵向力和侧向力估计比较准确,验证了该方法的有效性.

动态称重中动态轮胎力的特性

动态轮胎力是影响汽车动态称重的重要因素.基于1/4车辆模型推导了动态轮胎力方程,依据路面不平度模型,仿真计算了动态轮胎力的频率特性.考察了路面、速度、载重、轮胎和悬架等因素对动态轮胎力的影响程度,为动态称重系统的设计和称重信号的处理提供依据.

基于非奇异快速终端滑模的非线性轮胎力控制研究

针对分层式集成控制系统在不同路面工况下车辆纵向力的控制问题,提出了一种基于模型的实时估计方法.首先选取魔术公式作为参考轮胎模型,并采用有约束混合遗传算法对其关键参数进行实时优化辨识,从而可以计算得到不同路面工况下与目标控制力对应的目标控制滑移率.采用非奇异快速终端滑摸控制方法(Nonsing ular Fast Terminal Sliding Mode,NFTSM)设计纵向滑移率控制器(Longitudingl Slip ratio Control,LSC)对目标滑移率进行跟踪控制.仿真结果表明:所提出的轮胎-地面力控制策略可以很好地跟踪不同路面工况下的滑移率,满足上层控制所需的目标控制力,从而对车辆进行优化控制.

基于主动轮胎力的汽车稳定性协调控制系统

提出一种基于质心侧偏角逻辑门和横摆角速度跟踪的电子稳定程序(ESP)和主动前轮转向(AFS)主动轮胎力模糊协调控制策略。该控制系统采用分层结构,设计了ESP单神经元自适应比例微分积分(PID)控制器、理想变传动比前馈加横摆角速度滑模反馈AFS控制器作为下层控制器;根据不同行驶工况,上层模糊协调控制器决策各子系统的最优分配权重,实现车辆动力学集成控制解耦;应用软件ADMAS/Car和Simulink建立整车动力学稳定性控制联合仿真模型。结果表明:与单独控制和并存控制相比,该协调控制器改善了车辆对期望路径的跟踪性能,提高了车辆操纵稳定性控制系统的全局鲁棒性。

基于轮胎力动态估计与主动转向的新型ESP系统

车辆电子稳定系统能有效提高车辆在极限工况下的方向稳定性.针对传统直接横摆力矩控制(DYC)没有考虑轮胎附着力极限的局限,提出一种基于轮胎动力动态估计(TDE)算法的新型车辆电子稳定控制系统(ESP),在此基础上,通过主动前轮转向(AFS)协同控制,最大化利用车轮附着力.采用多元回归统计算法设计TDE控制器,采用基于统计数据的多项式拟合获得车轮附着力边界极限和最优动态滑移率上限值;采用模糊逻辑算法设计AFS控制器,补偿因附着力达到极限引起的横摆力矩不足.仿真结果表明,通过与AFS的协同控制,新型ESP能够在改善车辆的方向稳定性的同时,大幅降低车轮制动控制力,减少对车辆纵向速度的影响.

轮胎力和力矩建模、试验与仿真

综述轮胎力和力矩的各种表征方法和用于汽车动力学仿真的轮胎模型,包括简单物理模型、半经验模型和结构化模型。指出汽车工业对轮胎力和力矩的要求和车辆动力学仿真对轮胎模型的要求。比较轮胎力和力矩的测试设备和测试方法并分析侧向力、回正力矩等外特性曲线特征。基于混合拉格朗日-欧拉有限元理论(MLE),提出一种从轮胎结构设计出发直接预报轮胎力和力矩的方法。结合某轿车子午线轮胎和两款轻型载重子午线轮胎,研究了接地压力、侧向剪切力以及不同负荷下的侧向力及回正力矩随侧偏角的变化情况,并指出胎面刚度主要控制侧偏刚度和回正刚度,而地面摩擦系数主要控制峰值侧向力和峰值回正力矩,仿真结果与试验数据吻合程度良好,侧偏刚度误差为6.7%,回正刚度误差为16.3%,从而证明MLE方法的正确性。本工作证明直接从轮胎结构设计出发预报其力和力矩特性是可行的。

4WD/WS电动车辆稳定性分层控制与轮胎力优化分配算法研究

针对车辆稳定性分析中的运算难以解耦和轮胎力优化分配问题,对四轮独立驱动/转向电动车辆进行研究,提出了一种分层集成控制算法。上层力矩控制层以理想线性车辆模型输出作为控制目标,采用了滑模控制算法决策出车辆稳定所需施加的总的纵向力、侧向力和横摆力矩;下层力矩分配层,设计了带权重目标函数,充分考虑了轮胎力,在确保每个车轮都工作在稳定区域的前提下,把4个车轮的转向角和驱动力矩作为8个独立的控制变量,从而把车体运动所需的总控制力转化为控制变量的具体值,作为集成控制器的输出;选用低附着路面,设计了Carsim/Simulink联合仿真实验。研究结果表明:该分层集成控制算法能够很好地跟随驾驶员意图,确保车辆稳定行驶。

考虑轮胎力耦合约束的智能汽车轨迹跟踪控制算法

针对在低附着变速工况下,忽略纵、侧向轮胎力耦合约束可能导致轨迹跟踪时车辆失稳问题,提出了一种模型预测控制框架下的考虑轮胎力耦合约束的车辆轨迹跟踪控制方法。首先,通过摩擦圆假设建立纵、侧向轮胎力的耦合关系,并推导与之等效的输入量边界约束,将该问题转化为约束二次规划问题;其次,提出了一种基于交叉方向乘子法的数值求解构型,降低了求解约束优化问题时Karush-Kuhn-Tucker方程的维数,实现了求解加速。仿真结果表明,在低附着变速工况下,所提出的算法能够实现最大0.166 m误差的稳定跟踪;同时数值求解过程最多仅需8次迭代,增强了控制过程的实时性。

重载轮胎垂向力与纵向力联合估计算法及验证

针对现有轮胎垂向力与纵向力间接估计方法存在误差累计、力线性饱和区等问题,开展基于胎内应变信号的重载轮胎垂向力与纵向力联合估计方法研究,建立了考虑材料力学与几何结构的16.00R20重载轮胎有限元模型,通过轮胎刚度加载试验与模态振动试验验证了有限元模型的准确性;探究了轮胎垂向力与纵向力复合加载工况下的轮胎力学变形特征与周向、轴向应变特性;通过对胎面内衬层点位周向应变曲线的非对称性分析,提出了前后接地角、接地长度作为垂向力估计辨识特征,周向应变谷值差作为纵向力估计辨识特征,在此基础上,分析了垂向力与纵向力的可联合性,结合支持向量机建立了垂向力与纵向力联合估计模型。计算结果表明:垂向力加载范围为5000~800000 N时,估计模型训练集均方根误差为30.34 N,平均绝对百分比误差为0.14%;纵向力加载范围为0~25000 N时,估计模型训练集最大误差为128.5 N,平均绝对百分比误差为0.28%,模型能实现轮胎垂向力与纵向力的准确估计。

轮胎力滞后对分布式驱动电动汽车瞬态响应的影响

分布式驱动电动汽车具有的电机直驱和工况响应快速的特点,会进一步激发轮胎瞬态特性。为了简要分析轮胎力滞后对分布式驱动电动汽车侧向、横摆瞬态响应的影响规律,进而优化其控制器模型,本文首先通过轮胎力学建模和高速轮胎试验台验证,得到轮胎力滞后的实用表达;其次,建立考虑轮胎侧-纵向力滞后的车辆动力学模型,通过频域、时域图分析,揭示轮胎力滞后对汽车横摆瞬态响应的影响规律;最后,通过Simulink仿真验证,将四个车轮互异&时变轮胎力滞后以状态空间形式写进控制器模型,可用于提高控制器模型的预测精度。