Primary studies on integration optimization of differential steering of electric vehicle with motorized wheels based on quality engineering

The model of the differential steering system(DSS) of electric vehicle with motorized wheels and the three-degree-of-freedom dynamic model of vehicle are built.Based on these models,the concepts and quantitative expressions of steering road feel,steering portability and steering stability are proposed.Through integrating the Monte Carlo descriptive sampling,elitist non-dominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) and Taguchi robust design method,the system parameters are optimized with steering road feel and steering portability as optimization targets,and steering stability and steering portability as constraints.The simulation results show that the system optimized based on quality engineering can improve the steering road feel,guarantee steering stability and steering portability and thus provide a theoretical basis for the design and optimization of the electric vehicle with motorized wheels system.

The influence of various grease compositions and silver nanoparticle additives on electrically induced rolling-element bearing damage

Leakage currents accelerate surface degradation of metal contacts via small scale arcing across lubricating films,but recent observations suggest that metallic nanoparticle additives in lubricants may be useful to improve contact performance.These findings prompted a study that examined electrically induced surface pitting of steel contacts in the presence of several lubricating greases including some containing nanometer-sized colloidal silver(Ag)particles.Reciprocating rolling sphere-on-disk experiments were conducted under electro-tribological loads employing polyurea greases derived from mineral and synthetic base oils with and without additives.Friction forces and electrical resistance were monitored continuously during the tests;surface changes were characterized by means of optical spectroscopy,stylus profilometry,and scanning electron microscopy(SEM)including compositional analysis using energy dispersive spectroscopy(EDS).The observations demonstrate that surface pitting induced by arcing occurs mainly at the points were the rolling motion changes direction and that eroded metal is deposited along the wear grove.Micron-sized pits are formed which contain carbon and oxygen indicating that arcing causes decomposition of the hydrocarbon lubricants.Numerous findings indicate a significant inhibition of pitting is induced by the Ag nanoparticles;some greases containing other additives exhibit a similar,although less pronounced,effect.

Surface wear evolution of traction motor bearings in vibration environment of a locomotive during operation

Wear is a major cause of bearing failure,however,compared with other impact failures,smooth wear is often neglected because of its slow gradualness.In a locomotive,under the effect of the intensified wheel-rail interaction and gear mesh,the surface wear can increase the radial clearances of motor bearings,trigger abnormal vibration and noise,and adversely affect the efficiency and safety of the traction motor.In this study,considering the mechanical structure of the traction motor,a locomotive-track spatially coupled dynamics model with traction power transmissions(LTMM)is adopted to provide accurate dynamic loads and obtain the dynamic responses of the system.From the perspective of contact stress and relative skidding at the roller-race interface,the causes and evolution of motor bearings surface wear are analyzed.The results indicate that the wear of inner races of motor bearings is uniform.The outer races of the driving/non-driving end bearings(DB or NDB)are worn in the loaded/main loadbearing regions.The increasing surface wear can increase the internal dynamic forces(e.g.,the centrifugal force of rotor and unbalanced magnetic pull)induced by the instantaneous eccentricity of the rotor,intensify the interactions between the roller and races,and deteriorate the vibrations of the traction motor and its neighboring components in the locomotive.In addition,the effects of the friction coefficient at the roller-race interface and track random irregularity are analyzed.This study offers a theoretical basis in service life prediction and design of the motor bearings.

Control Algorithm of Electric Vehicle in Coasting Mode Based on Driving Feeling

Coasting in gear is a common driving mode for the conventional vehicle equipped with the internal combustion engine（ICE）, and the assistant braking function of ICE is utilized to decelerate the vehicle in this mode. However, the electric vehicle（EV） does not have this feature in the coasting mode due to the relatively small inertia of the driving motor, so it will cause the driver cannot obtain the similar driving feeling to that of the conventional vehicle, and even a traffic accident may occur if the driver cannot immediately adapt to the changes. In this paper, the coasting control for EV is researched based on the driving feeling. A conventional vehicle equipped with continuously variable transmission（CVT） is taken as the reference vehicle, and the combined simulation model of EV is established based on AVL CRUISE and MATLAB/Simulink. The torque characteristic of the CVT output shaft is measured in coasting mode, and the data are smoothed and fitted to a polynomial curve. For the EV in coasting mode, if the state of charge（SOC） of the battery is below 95%, the polynomial curve is used as the control target for the torque characteristic of the driving motor, otherwise, the required torque is replaced by hydraulic braking torque to keep the same deceleration. The co-simulation of Matlab/Simulink/Stateflow and AVL CRUISE, as well as the hardware-in-loop experiment combined with d SPACE are carried out to verify the effectiveness and the real-time performance of the control algorithm. The results show that the EV with coasting braking control system has similar driving feeling to that of the reference vehicle, meanwhile, the battery SOC can be increased by 0.036% and 0.021% in the initial speed of 100 km/h and 50 km/h, respectively. The proposed control algorithm for EV is beneficial to improve the driving feeling in coasting mode, and it also makes the EV has the assistant braking function.

基于轨迹数据的非机动车左转信号灯安全效应评估

【目的】对城市交叉口采用的左转非机动车信号灯设施进行交通安全性量化评估。【方法】提出一种基于拓展碰撞时间(extended time to collision,ETTC)指标的左转非机动车信号灯安全效应评估方法。针对现有的碰撞时间(time to collision,TTC)指标不适于评估交叉口左转非机动车冲突的问题,考虑非机动车车辆尺寸与加速度对交通冲突的影响,采用拓展碰撞时间指标,评估交叉口非机动车交通冲突。收集长沙市4个信号交叉口的视频大数据,利用视频软件Tracker提取车辆微观轨迹后,开展案例分析。【结果】左转非机动车信号灯在时间上明确了非机动车的通行权,其设置能显著降低非机动车冲突率,在平峰、高峰时段非机动车冲突率分别降低了40.11%、25.27%。在直行相位末期、左转相位即将启亮时,设置组的左转非机动车在待行区等待,冲突率降为0;而对比组近50%的非机动车违规左转,冲突严重。设置左转非机动车信号灯的改善效果随非机动车流量的增大呈先增加后降低趋势,而随机动车流量的增大呈逐步波动下降趋势。【结论】本研究揭示了非机动车左转信号灯的设置对减少交叉口交通冲突的影响,可为城市交叉口非机动车交通安全管控提供有益参考。

混合流下非机动车道基本需求宽度的设计

为弥补在非机动车道设计方面对电动自行车考虑不足的情况,有必要对由人力/电动自行车组成的饱和混合流下非机动车道基本需求宽度进行研究。以非机动车饱和混合流为研究对象,从非机动车的物理运动宽度组成出发,通过构建多重线性回归模型分析了非机动车物理运动宽度的影响因素,对分类自变量进行组合筛选;建立了不同组合类型下的非机动车速度与运行摆幅、路侧安全净距线性模型,得到性别为女性、年龄为老年和车型为电动自行车为最不利组合的结论;根据非机动车道的85%位运营速度确定最不利组合下的非机动车物理运动宽度,进而确定非机动车道基本需求宽度;针对非机动车道宽度合理性验证的准确性问题,从稳定性角度提出了运用速度熵来验证基本需求宽度合理性的方法,并以多条非机动车道路段为例进行了实测验证。研究结果表明:在隔离栏和划线下,非机动车单车道基本需求宽度分别为1.65、1.50 m;在绿化带、隔离栏和划线下,非机动车两车道基本需求宽度分别为2.90、2.80、2.65 m。在同一车道数和隔离方式下,车道宽度越宽,交通流速度熵越高;随着非机动车道宽度增加,以基本需求宽度为拐点,非机动车道的交通流速度熵变化幅度增大,稳定性更差。

空气净化技术在超长水下公路隧道通风中的应用研究

空气净化技术是解决公路隧道机动车废气污染的一种重要手段,但目前国内相关应用案例和研究成果较少,无法指导超长水下公路隧道通风设计。本文结合国内某超长水下公路隧道案例,提出了3种可行的净化通风方案;并通过理论计算得到了不同交通工况下隧道内典型污染物沿隧道长度的浓度分布情况,分析了不同净化通风方案的污染物控制效果。通过经济性、环保性、可实施性等多方面比选,确定了适合应用在超长水下公路隧道的空气净化通风方案。

基于主动后轮转向的车辆稳定性控制策略

为实现四轮轮毂电机驱动车辆的操纵稳定性控制,提出了主动后轮转向和附加横摆力矩复合控制策略。针对高速行驶转向灵敏度大的问题,对前后轮转向比进行优化。策略采用分层式控制框架,上层基于线性时变模型预测控制算法,建立了四轮轮毂驱动车辆时变预测模型,推导和跟踪包含后轮转向系统的理想输出轨迹,并计算了跟踪理想状态轨迹所需附加力和力矩。下层通过求解四轮转矩分配优化问题,实现了滑移率阈值控制,解决了再生制动和机械制动的分配问题。仿真结果表明,提出的复合控制策略能够达到预期控制效果,改良了车辆横纵向稳定性。

汽车高速驱动电机轴承高低温试验机

新能源电动汽车驱动电机轴承的性能及寿命是用户和轴承生产厂家非常重视的问题,驱动电机轴承出厂前需进行一系列相关检测。为满足轴承出厂前的检验要求,研制出一台驱动电机轴承试验机,主要由试验主体、试验台架、加载系统、驱动系统、高低温环境发生系统以及电气测控系统组成。通过6206深沟球轴承的装机试验,试验过程中试验机整体运转平稳,各测量参数显示正常,试验后轴承的各项尺寸精度指标满足产品设计要求。

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。

动车组牵引电机轴承超温故障原因分析及优化措施研究

针对某平台动车组牵引电机频繁出现轴承超温报警故障问题,展开轴承超温故障原因分析。根据润滑脂过温劣化和轴承电腐蚀两类故障特征现象,判定轴承超温由轴间功率分配不平衡、轴电压过大和轴承绝缘抗击穿能力低导致。研究各轴电机功率分配差异、动车组接地方式、轴承绝缘涂层厚度等影响因素,明确轴承超温故障产生原因及机理。结果表明,车控驱动的动车出现轮轴滑行或空转时,会导致其他轴电机过载升温加速润滑脂老化;由分合闸过电压产生的牵引电机轴电压与接地位置和回路参数相关,不同位置接地方案下轴电压的差异最高可达到两倍;在较高轴电压下,轴承绝缘涂层厚度不足会导致绝缘击穿,造成轴电流对轴承的损伤,最终导致轴承异常磨损超温。为防止轴承超温故障频繁出现,提出TCU控制逻辑优化、整车接地方式优化及绝缘涂层厚度优化等措施,为列车安全运行提供有效的优化方案。

融合注意力机制的残差型双向LSTM汽车电机轴承诊断

为保障汽车的安全行驶,准确诊断和监测电机轴承故障,该文提出一种融合注意力机制的残差型双向长短期记忆网络(LSTM)汽车电机轴承故障诊断方法。利用特征提取模块结合正反向移动的LSTM组以充分感知汽车电机轴承故障特征;信号诊断模块采用残差型双向LSTM架构,并结合局部增强注意力机制优化权值,获得隐藏状态量;通过故障分类模块采用全局平均池化(GAP)方法与SoftMax模型,有效完成故障检测。结果表明:该方法汽车电机轴承故障检测准确率可达93.1%;在训练样本仅为30的条件下,准确率可达66.3%;当测试集的信噪比从10 dB降低至2 dB时,准确率仅下降8.5%。因此,该方法具有更高的准确性和更强的鲁棒性。

基于改进蜣螂优化算法的永磁同步电机参数辨识

针对目前永磁同步电机多参数辨识准确率不足、效率低等问题,提出了一种基于改进蜣螂优化算法的参数辨识方法。首先,建立了在同步旋转坐标系下PMSM满秩离散方程;其次,为提高蜣螂优化算法辨识PMSM模型的精度,采用Tent映射和反向学习策略改进了初始种群的均匀性,并设计一种非线性更新因子,该因子随着迭代次数的增加进行调整,提高了算法的搜索和开发能力;最后,针对蜣螂优化算法收敛慢的问题,改进了无障碍滚球蜣螂位置更新策略来加速算法收敛,并设计了PMSM参数辨识适应度函数以及改进蜣螂优化算法应用于参数辨识的流程。仿真及试验验证表明,改进的蜣螂优化算法对永磁同步电机参数辨识速度更快,精度更高。

地铁车辆牵引电机轴承故障分析及改善措施

文章旨在解决广州地铁2号线A4型车的牵引电机轴承频繁故障问题。通过现场调查和实验测试,详细分析轴承现状、失效模式和损伤类别,发现轴承故障主要由径向力、电蚀、电火花放电和轴向力引起的疲劳失效模式导致。为解决这些问题,研究提出一系列解决措施。首先,建议采用新材料改善轴承质量和可靠性。其次,需要改进电腐蚀问题以减少电蚀和电火花放电对轴承的损害。最后,通过轴电压测试结果确定适当的轴向力范围,以避免过大的轴向力对轴承造成疲劳失效。实验结果表明,引入驱动端陶瓷轴承和接地环配套组合的改进方案成功解决A4型车轴承频繁故障问题,且方案实施效果显著。同时将该方案引入广州地铁2号线、广佛线后,运营4年期间未再出现轴承烧损问题。该研究具有一定的理论和实践价值,不仅为类似问题的解决提供有益的借鉴,还有效提高轨道交通列车的可靠性和运行效率,为乘客提供更安全、舒适的出行体验。

基于电流偏差的PMSM滑模自抗扰解耦控制

针对永磁同步电机运行过程中存在电流耦合以及电感参数失配时动态解耦效果不佳的问题,提出一种基于电流偏差的永磁同步电机滑模自抗扰解耦控制方法。该方法基于d、q轴同步旋转坐标系下的电机数学模型,采用偏差解耦控制对电机d、q轴的电流耦合项进行补偿;为加快启动时系统趋于稳定的时间并降低输出抖振,采用积分滑模控制引入双曲正切函数设计了一种包含系统状态量的新型趋近律;将电流估计值与实际值的差值作为扩张观测量对扰动进行综合观测和补偿,从理论分析证明了该控制器的稳定性,仿真和试验结果表明,该方法提高了电机的快速性和动态控制性能,进而实现d、q轴电流近似完全解耦。

基于信息熵的非机动车超越轨迹分段方法

通过自行车轨迹识别超越行为是评价非机动车交通服务水平的重要工作之一。针对基于阈值分段方法中需对不同轨迹确定不同的阈值问题,引入信息熵对非机动车超越轨迹进行分段。根据实测视频提取了780条非机动车超越轨迹数据,包括了在视频中可能存在的11种超越轨迹情形,并通过对超越过程中各阶段的特征参数分析,最终选取横向加速度、横向偏移距离、偏移角度作为基于信息熵分段的特征参数,通过引入信息熵理论,提出基于信息熵的非机动车超越轨迹分段方法和分段判断条件。根据信息熵理论中,分段后的2段子轨迹中的特征参数概率密度相较分割前更接近时熵增的定律,同时考虑非机动车超越轨迹的特征参数特征,提出适用于非机动车超越轨迹的信息熵分段标准。以实测路段非机动车超越轨迹数据为实验样本,将基于各特征参数的信息熵分段结果与基于时间、速度阈值的分段结果分别带入K最近邻(K-nearest neighbor,KNN)分类算法中进行超越轨迹识别,并利用轨迹覆盖度指标评价不同分段方法的超越轨迹分段效果。实验结果表明:基于信息熵超越轨迹分段方法的超越轨迹覆盖度平均为83.0%,优于基于阈值分段方法的轨迹覆盖度平均值79.7%,且基于横向加速度信息熵分段法的平均轨迹覆盖度为85.1%,分段效果相较于其他特征参数信息熵分段方法效果最优。

混合交通流下的城市道路自动驾驶车辆运行特征仿真分析

为研究由人工驾驶车辆与自动驾驶车辆构成的混合交通流中自动驾驶车辆运行特征这一问题,仿真分析城市道路交通环境中两者的运行特征差异。首先,基于SUMO仿真环境建立了一个包含3种道路等级和7种断面形式的路网;其次,根据Waymo自动驾驶车辆运行数据集标定自动驾驶和人工驾驶车辆的跟驰行为模型参数,并设置记录车辆的浮动车轨迹数据和冲突记录数据运行仿真。仿真结果发现,自动驾驶车辆的速度方差更小,在设置有专用道的道路上,自动驾驶车辆的速度方差显著小于人工驾驶车辆,人工驾驶车辆会因为跟驰距离过近(速度过快)而与自动驾驶车辆产生潜在冲突,自动驾驶车辆与路段内非机动车发生摩擦冲突的比例更高。

线控四轮独立驱动轮毂电机电动车集成控制

从提高车辆操纵稳定性的角度,基于模型预测控制理论对线控四轮独立驱动轮毂电机电动车进行主动转向(AFS)、直接横摆力矩(DYC)和主动悬架(AS)的集成控制研究。采用分层集成控制结构,设计了模型预测控制器。研究了驱动力矩控制分配规则和AS控制方法,实现了AFS/DYC的水平集成控制和AFS/DYC/AS的全局集成控制,并通过仿真实验对算法进行了验证。仿真结果表明:集成控制算法能够实现车辆有效跟踪期望值,提高车辆极限工况的稳定性和主动安全性。

电动轮驱动汽车电子差速控制策略及仿真

分析了目前实现电动轮驱动汽车电子差速控制的方法,对汽车差速问题的产生原因进行了分析,并指出通过对驱动电机采用转速控制模式实现电子差速控制的不足。通过分析电动轮驱动系统的受力提出对驱动电机按转矩模式控制从而实现汽车自适应差速性能的策略,利用所开发的电动轮驱动汽车仿真软件对采用该控制策略控制电机转矩的电动轮汽车的差速性能进行了多工况的仿真,结果表明汽车可在各种工况下实现自适应差速。

四轮独立驱动电动汽车再生制动控制策略

为了提高四轮轮毂电机驱动的电动汽车续航里程,提出了综合考虑理想制动力分配和电机工作特性的再生制动控制策略。通过分析传统汽车理想制动力分配策略,综合考虑电机发电工作特性,在保证整车制动性能的基础上,通过减少机械制动的参与使整车前后轴电机均处于更好的发电状态,从而在保证整车制动效能的同时,回收更多的制动能量。通过CarSim和Matlab/Simulink商用软件联合仿真对提出的控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明:该控制策略能够通过有效地分配前后轴电机制动力和机械制动力,从而获得较好的制动能量回收效果。