基于UniTire模型的平顺性和操纵稳定性协同研究

为考虑平顺性和操纵稳定性两者之间的联系和相互影响,本文中对两者进行了协同研究。首先基于UniTire模型,结合前后轮路面激励的滤波白噪声模型、平顺性4自由度平面模型和操纵稳定性2自由度平面模型,采用状态方程构建了平顺性和操纵稳定性的协同模型,提出了协同仿真算法。然后在常用路面等级和车速下,对某轿车进行了平顺性和操纵稳定性协同仿真。结果表明,采用平顺性和操纵稳定性协同模型,可同时实现两个性能的协同仿真,而由线性UniTire模型仿真得到的操纵稳定性参数大于非线性UniTire模型仿真的对应结果,说明采用线性轮胎模型研究操纵稳定性偏于保守。

基于UniTire轮胎模型的汽车行驶速度估计

准确而实时地获取车速信息是汽车实现高精度定位与导航、高级巡航控制和编队巡航控制等功能的必要前提,文中提出一种基于UniTire轮胎模型的汽车行驶速度估计方法。首先,基于UniTire轮胎模型建立包含汽车纵向、侧向和横摆动态的车速估计名义模型,并利用自适应遗传算法的全局搜索优势和拟牛顿法的局部搜索优势辨识出UniTire轮胎模型的特征参数的全局最优解;随后,以车速估计名义模型的过程噪声和观测噪声为调度变量,利用强跟踪中心差分卡尔曼滤波器设计一簇车速估计器,并采用交互式多模型算法对基于强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速估计器簇的输出结果进行平滑融合;最后,利用整车级硬件在环仿真平台对所提出的基于交互式强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速估计算法的可行性和有效性进行验证。结果表明:相对于基于强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速信息估计算法,本文提出的车速信息估计算法对系统噪声统计特性具有更好的自适应能力,并且具有更高的估计精度。

基于混合优化方法的UniTire轮胎模型参数辨识

提出一种基于粒子群优化(PSO)算法和修正的Gauss-Newton算法的混合优化方法,对纯纵滑和纯侧偏工况下UniTire轮胎模型的特征参数进行辨识。为充分发挥两个算法的优点,首先,利用粒子群优化算法的全局区域的搜索优势辨识出UniTire轮胎模型的特征参数近似解,然后,利用修正的Gauss-Newton算法局部搜索优势在近似解邻近区域获得UniTire轮胎模型的特征参数的最优解。最后,对辨识结果进行残差分析,结果表明:用辨识数据参数化的UniTire轮胎模型具有较高的精度,可满足构建车辆底盘电控系统硬件在环仿真测试环境的需求。

基于整车动力学响应及BP神经网络的纯纵滑轮胎模型辨识

目前轮胎模型的辨识主要基于滑移率-纵向力或侧偏角-侧向力等已知数据的非线性拟合,这些数据需用专用台架或轮胎六分力仪测量获得,高昂成本限制了此类方法的应用,故提出基于车载传感器和整车动力学响应的纯纵滑轮胎模型离线辨识方法,以低成本获取准确轮胎模型。在Carsim中构建与待辨识轮胎所在车辆相匹配的虚拟车辆动力学模型(对轮胎模型无匹配要求),仿真计算虚拟车辆在配备不同轮胎模型参数时的整车动力学响应,为BP神经网络提供训练样本,形成“不同轮胎模型参数-整车动力学响应”映射关系;采集装配了待辨识轮胎的车辆在制动工况下的状态响应,通过已训练的BP神经网络模型离线辨识轮胎模型参数;在Simulink-Carsim联合仿真环境下,Gim和UniTire轮胎模型的辨识结果验证了所提方法可准确辨识。

考虑参数不确定性的UniTire轮胎模型与车辆稳定性分析

极限工况下,轮胎力学特性以及摩擦特性对车辆稳定性的影响至关重要。但是实际行驶中的路面条件和轮胎参数都存在随机不确定性,这种不确定性会对车辆动力学,尤其是极限临界状态下的车辆稳定性产生重要影响。对大量橡胶摩擦试验台和高速轮胎试验台试验数据分析发现轮胎刚度和摩擦系数的不确定性可以分别用均匀分布和正态分布的随机特性进行数学描述。在此基础上借助广义混沌多项式建立考虑参数不确定性的UniTire随机轮胎模型,该模型能够描述不确定性影响下的轮胎力学响应,以提供更加准确的轮胎力学特性预测。为验证不确定性对整车操纵稳定性的影响,将UniTire随机模型嵌入十四自由度车辆模型中,选取极端条件下转向盘阶跃和正弦工况进行仿真分析。结果表明,极限工况下,轮胎状态参数的不确定性变化,会引发轮胎附着能力在一定范围内的随机性,影响车辆临界状态的稳定性。研究成果可为车辆极端条件下的稳定性研究提供理论基础。

分布式驱动电动汽车爆胎工况下稳定性控制研究

根据智能车辆爆胎后失去稳定性,行驶轨迹发生偏离等特性,提出一种内外环联合控制策略。外环采用纯追踪算法设计主动纠偏控制,模拟驾驶员视线,以预瞄点和当下车辆的实际位置计算,得到使车体回归到规定路径上的目标点,输出车辆的前轮转角。内环采用分层控制结构,以模糊PID控制理论为核心设计上层控制器,由实际质心侧偏角、实际横摆角速度与期望值的差值,计算出附加横摆力矩;下层采用白鲸优化算法对附加横摆力矩进行转矩分配系数的优化,从而实现爆胎后控制器规划方向盘转角以及优化分配车轮转矩。最后建立CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台进行实验。结果表明:直行爆胎工况下,质心侧偏角是未施加控制的10.61%,相较于直接横摆力矩控制改善了8.87%。弯道工况下,横摆角速度,侧向位移以及侧向加速度的波动程度同样更小,更快地稳定和收敛。此策略显著提高了分布式驱动电动汽车爆胎工况下的行驶稳定性。

轮胎侧偏力学特性的胎压影响分析及预测

利用平板式轮胎试验台进行了不同胎压及载荷下轮胎侧偏试验,辨识UniTire模型参数,分析侧向力和回正力矩特性参数与胎压变化的关系。提出预测胎压影响的试验方法,并据此构造胎压影响的预测模型,进而计算模型参数并实现另一胎压下轮胎侧偏特性预测。预测的侧偏侧向力及回正力矩精度都达到85%以上,验证了本文方法的有效性。

分布式驱动电动车降阶滑模状态观测器设计!

针对轮胎动力学存在的非线性问题及质心侧偏角估计的准确性与实时性问题,基于分布式驱动电动车(简称:IEV)车轮转矩易于测量的优势,设计了一种非线性降阶滑模状态观测器,对质心侧偏角和轮胎力进行估计。首先建立IEV车辆七自由度非线性动力学模型,选择UniTire轮胎模型描述轮胎特性。在此基础上考虑垂向载荷变化的影响;其次,利用饱和函数克服滑模固有的颤振现象;然后,根据IEV车辆车载传感器可测量的车辆状态,基于滑模变结构理论设计降阶观测器;最后以CarSim中的车辆模型作为仿真平台,对观测器性能进行验证。仿真结果表明:观测器对质心侧偏角和轮胎力的估计都有很高的精度。

爆胎车辆动力学分析及稳定性控制

爆胎车辆会出现偏航和甩尾等危险工况,严重危及行车安全性。基于UniTire模型及爆胎力学特性变化建立了爆胎模型。在直线行驶爆胎工况下,搭建了CarSim/Simulink联合仿真平台,研究了不同车轮、不同车速和不同载荷下车辆的动力学响应。为保证车辆在爆胎后仍能跟随原轨迹稳定行驶,将滑模模糊控制算法和模糊PID控制算法结合,提出了一种外环轨迹控制—内环差动制动控制联合控制策略,并进行了仿真验证。结果表明,设计的控制策略能有效控制爆胎车辆的行驶轨迹以及车辆的稳定性。

基于非线性观测器和无迹卡尔曼滤波的车辆状态估计对比

针对车辆主动安全控制系统中控制变量难以实时准确获取的问题,分别提出了基于非线性全维观测器和无损卡尔曼滤波(UKF)的车辆状态估计方法。首先,基于非线性七自由度整车模型,结合车辆传感器设计非线性观测器和UKF观测器。其次,利用稳定性理论对设计的车辆状态估计方法进行了稳定性分析。最后,采用E级轿车的车辆参数应用CarSim对几种典型工况进行了离线仿真和对比分析。结果表明,设计的两种车辆状态估计方法都具有实时性好、估计精度高的优点。

磨损对轮胎侧偏刚度和回正刚度影响的研究

基于轮胎六分力测试结果,研究不同磨损状态下轮胎的侧偏力学特性,得出轮胎侧偏特征参数随着轮胎磨损量的变化规律。通过建立胎面磨损模型阐明轮胎磨损特性变化的机理,得到胎面刚度与磨损量的表达式,之后根据该表达式和考虑轮胎磨损状态的轮胎刷子模型,建立考虑胎面磨损的轮胎复杂刷子模型。通过模型推导得到磨损量与轮胎侧偏刚度、回正刚度的关系,以该关系为UniTire轮胎模型的建模基础表达公式,建立考虑磨损的UniTire侧偏模型。为验证模型的正确性,采用3种磨损状态的侧偏数据进行参数拟合,得到考虑磨损的UniTire侧偏模型,并预测其他2种磨损状态下的轮胎侧偏特性。预测模型的仿真结果与试验结果之间的误差较小,有效证明了考虑磨损的UniTire侧偏模型的预测能力。本研究有助于完善UniTire轮胎模型,为UniTire模型室内外扩展应用提供理论和技术支持。

各向异性刚度对轮胎力学特性及车辆操纵性的影响

为揭示各向异性刚度值与轮胎力学特性的关系以及对复合工况车辆操纵性的影响规律,首先,通过引入方向因子描述复合工况总切力方向,提高了UniTire对复合工况轮胎力的建模精度;然后,根据轮胎试验数据分析了不同各向异性刚度值下轮胎力学特性变化规律,建立了考虑轮胎各向异性刚度值影响的有效侧偏刚度表达式;之后,建立了考虑轮胎各向异性刚度值影响的复合工况车辆操纵性分析模型,分析了轮胎处于不同各向异性刚度值时纵向加速度对车辆操纵性的影响;最后,通过CarSim软件平台对分析结果进行了仿真验证。结果表明:当轮胎各向异性刚度强时,复合工况下不同的制动/驱动模式对车辆的操纵性影响很小;当轮胎各向异性刚度弱时,复合工况下不同的制动/驱动模式会使车辆呈现出不同的操纵性。

复合工况下四轮驱动电动汽车操纵稳定性控制

设计一个考虑车辆侧纵向耦合的模型预测控制器(Model predictive control,MPC)用于提升四轮驱动电动汽车在复合工况下的操纵性和稳定性。基于传统UniTire轮胎模型,推导面向控制器设计的复合工况UniTire轮胎模型解析表达式;基于前后轮侧偏角相平面提出一种新的车辆稳定性评价标准,通过前后轮侧偏角的位置到坐标原点的距离判断车辆的稳定性,给出定量的稳定性指标;采用MPC控制器结构将车辆操纵性控制、稳定性控制以及四轮滑移率约束作为目标函数,采用复合工况UniTire轮胎模型表达式和双轨车辆模型构建预测模型,并且通过稳定指标和轮胎滑移率实时调整各个目标的权重以达到最优的控制效果;通过Simulink-CarSim联合仿真和硬件在环(HiL)测试对算法进行验证,结果表明,该控制器能够根据车辆稳定性指标动态调节跟踪权重,有效提升车辆的操纵性和稳定性。并且由于复合UniTire轮胎模型的使用,极限工况下控制器决策的四轮力矩更小,有效地抑制轮胎滑移率的增加。