公路運(yùn)輸

模型車輪胎側(cè)偏剛度的參數(shù)辨識方法

李玲，馬力，牟宇，等

摘要：目的：鑒于高速轉(zhuǎn)彎等極限工況下，采用實(shí)車實(shí)驗(yàn)法研究車輛的穩(wěn)定性存在極大的危險性，采用模型車代替實(shí)車進(jìn)行車輛穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。輪胎參數(shù)作為車輛動力學(xué)模型的基本參數(shù)，是進(jìn)行模型仿真和車輛動力學(xué)分析的基礎(chǔ)。因此，為研究車輛系統(tǒng)的動力學(xué)特性，開展車輛操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)分析和驗(yàn)證，須先獲取輪胎參數(shù)，特別是輪胎的側(cè)偏剛度。方法：采用側(cè)向橫擺聯(lián)合法和參數(shù)辨識法，測定1/5模型車的輪胎側(cè)偏剛度。首先根據(jù)側(cè)向橫擺聯(lián)合法，基于2自由度車輛模型，推導(dǎo)輪胎側(cè)偏剛度的參數(shù)辨識模型。為獲取辨識模型中的輪胎側(cè)偏剛度值，須分別測定模型車基本參數(shù)（模型車質(zhì)量m、軸距L、前后軸距a與b和繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量）和車輛運(yùn)行時的狀態(tài)變量（模型車縱向速度、側(cè)向速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度和橫擺角加速度）。其中，模型車的基本參數(shù)通過搭建的模型車轉(zhuǎn)動實(shí)驗(yàn)臺測定；然后，設(shè)計低速圓周運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，采用GPS和INS相結(jié)合的方法測定20次低速圓周運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中模型車運(yùn)行時的狀態(tài)變量。結(jié)果：辨識得到輪胎線性區(qū)域的側(cè)偏剛度為=1.5499 kN/rad。根據(jù)辨識得到的輪胎側(cè)偏剛度，一方面通過計算前輪轉(zhuǎn)角并和利用Ackermann轉(zhuǎn)向幾何學(xué)得到的前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行對比，直接驗(yàn)證了參數(shù)辨識法測定輪胎側(cè)偏剛度的準(zhǔn)確性；另一方面通過計算輪胎魔術(shù)公式系數(shù)，間接驗(yàn)證了參數(shù)辨識法測定輪胎側(cè)偏剛度的準(zhǔn)確性。結(jié)論：為測定1/5模型車的輪胎側(cè)偏剛度。設(shè)計了低速圓周運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，首先搭建模型車轉(zhuǎn)動實(shí)驗(yàn)臺測定模型車的基本參數(shù)，然后采用GPS和INS相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)動參數(shù)的測定，根據(jù)側(cè)向橫擺聯(lián)合法和參數(shù)辨識法，測得輪胎線性區(qū)域的側(cè)偏剛度為1.5499 kN/rad。并分別通過前輪轉(zhuǎn)角和魔術(shù)公式驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的輪胎側(cè)偏剛度的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，采用低速圓周實(shí)驗(yàn)法和參數(shù)辨識法能準(zhǔn)確方便地實(shí)現(xiàn)對模型車輪胎側(cè)偏剛度的測定，為極限工況下車輛操縱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供支持。

來源出版物：汽車工程, 2016, 38(12): 1508-1514

入選年份：2016

四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車能效分析與功率分配

李仲興，王吳杰，徐興，等

摘要：目的：為了適應(yīng)當(dāng)前降低汽車排放以及減少對非可再生資源依賴的要求，新能源汽車逐漸成為研究的熱點(diǎn)。相對于混合動力汽車、插電式混合動力汽車以及純電動汽車，四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車則具有獨(dú)特的優(yōu)勢。驅(qū)動系統(tǒng)中輪轂電機(jī)及其控制器的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性及能量特性是分析四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車效率特性的基礎(chǔ)。從整車需求轉(zhuǎn)矩分配方式角度出發(fā)，進(jìn)行四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車能效分析與功率分析方法研究，并通過實(shí)車道路試驗(yàn)驗(yàn)證了能量優(yōu)化的可行性。方法：利用四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車其各輪獨(dú)立控制的優(yōu)勢進(jìn)行驅(qū)動力分配，實(shí)現(xiàn)整車能量效率與穩(wěn)定協(xié)調(diào)的優(yōu)化控制。首先，分析了四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車樣車的結(jié)構(gòu)及電氣原理，利用快速原型建立了分布式整車控制系統(tǒng)架構(gòu)。其次，基于輪轂電機(jī)及其控制器與樣車的臺架試驗(yàn)和底盤測功機(jī)道路模擬試驗(yàn)，得到了輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性及能量效率曲線，采用最小二乘法擬合驅(qū)動電機(jī)控制規(guī)律。最后，基于輪轂電機(jī)及其控制器效率的非線性和在轉(zhuǎn)速區(qū)間的差異，提出了一種減少整車能量消耗的前后驅(qū)動力分配方法，并進(jìn)行了樣車道路試驗(yàn)。結(jié)果：（1）通過輪轂電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)得到了輪轂電機(jī)效率 MAP圖，研究不同控制器給定信號下輪轂電機(jī)效率隨轉(zhuǎn)矩的變化，發(fā)現(xiàn)相同控制器給定信號下，輪轂電機(jī)效率隨著轉(zhuǎn)矩的增大而增大，達(dá)到最大效率點(diǎn)后開始逐漸降低；而在相同轉(zhuǎn)矩下，輪轂電機(jī)效率最大可達(dá)80%。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩在不同的控制信號下隨轉(zhuǎn)速的變化，發(fā)現(xiàn)相同轉(zhuǎn)速下輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著控制信號的增加而增加；而同一控制信號下，輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩存在一定的比例關(guān)系。利用最小二乘的原理對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，獲得了不同控制信號下輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性。（3）根據(jù)ECE城市循環(huán)工況試驗(yàn)以及加速踏板定開度勻速試驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)由于輪胎摩擦損失的存在，在40 km/h車速時驅(qū)動輪最大效率僅有67.5%，且較低車速15.2 km/h時為58.3%，同時驅(qū)動效率隨著車速的增高先增大后減小。（4）考慮前后軸分配的極限情況，即僅用前軸驅(qū)動或僅用后軸驅(qū)動，討論相同車速下與四輪驅(qū)動時的消耗功率進(jìn)行對比。通過樣車的道路勻速直線試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅用兩輪后驅(qū)時以相同的車速行駛所消耗的功率要低于四輪驅(qū)動所消耗的功率；在10 km/h的較低車速行駛時，四輪驅(qū)動與后輪驅(qū)動所消耗的功率差不多，這主要是因?yàn)檩嗇炿姍C(jī)在較低轉(zhuǎn)速時的效率較低。試驗(yàn)結(jié)果表明通過驅(qū)動力分配進(jìn)行整車能量優(yōu)化，不同行駛速度下能效最大改善超過10%，進(jìn)一步地優(yōu)化驅(qū)動模式能夠大幅地降低了整車能耗，為四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車整車協(xié)調(diào)控制提供了可行性。結(jié)論：搭建了四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車樣車，并設(shè)計基于快速原型的上層控制器。通過分析輪轂電機(jī)及其控制器能量特性，發(fā)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)矩區(qū)間內(nèi)，輪轂電機(jī)及其控制器的能量效率較低?；谧钚《嗽淼玫降妮嗇炿姍C(jī)控制規(guī)律，可以較好地反映輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性。利用輪轂電機(jī)及其控制器的效率特性的非線性和在不同轉(zhuǎn)矩區(qū)間的差異性，進(jìn)行四輪獨(dú)立驅(qū)動電動汽車驅(qū)動力分配，可優(yōu)化整車能量利用率。

來源出版物：汽車工程, 2016, 38(9): 1037-1043

入選年份：2016