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，采用實車實驗法研究車輛的穩(wěn)定性存在極大的危險性，采用模型車代替實車進行車輛穩(wěn)定性實驗。輪胎參數(shù)作為車輛動力學模型的基本參數(shù)，是進行模型仿真和車輛動力學分析的基礎。因此，為研究車輛系統(tǒng)的動力學特性，開展車輛操縱穩(wěn)定性實驗分析和驗證，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)動實驗臺測定；然后，設計低速圓周運動實驗，采用GPS和INS相結(jié)合的方法測定20次低速圓周運動實驗中模型車運行時的狀態(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)向幾何學得到的前輪轉(zhuǎn)角進行對比，直接驗證了參數(shù)辨識法測定輪胎側(cè)偏剛度的準確性；另一方面通過計算輪胎魔術公式系數(shù)，間接驗證了參數(shù)辨識法測定輪胎側(cè)偏剛度的準確性。結(jié)論：為測定1/5模型車的輪胎側(cè)偏剛度。設計了低速圓周運動實驗，首先搭建模型車轉(zhuǎn)動實驗臺測定模型車的基本參數(shù)，然后采用GPS和INS相結(jié)合的方法實現(xiàn)車輛運動參數(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)角和魔術公式驗證實驗得到的輪胎側(cè)偏剛度的準確性。結(jié)果表明，采用低速圓周實驗法和參數(shù)辨識法能準確方便地實現(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)定性的實驗驗證提供支持。

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：為了適應當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。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，四輪獨立驅(qū)動電動汽車則具有獨特的優(yōu)勢。驅(qū)動系統(tǒng)中輪轂電機及其控制器的轉(zhuǎn)矩響應特性及能量特性是分析四輪獨立驅(qū)動電動汽車效率特性的基礎。從整車需求轉(zhuǎn)矩分配方式角度出發(fā)，進行四輪獨立驅(qū)動電動汽車能效分析與功率分析方法研究，并通過實車道路試驗驗證了能量優(yōu)化的可行性。方法：利用四輪獨立驅(qū)動電動汽車其各輪獨立控制的優(yōu)勢進行驅(qū)動力分配，實現(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，基于輪轂電機及其控制器與樣車的臺架試驗和底盤測功機道路模擬試驗，得到了輪轂電機的轉(zhuǎn)矩響應特性及能量效率曲線，采用最小二乘法擬合驅(qū)動電機控制規(guī)律。最后，基于輪轂電機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，并進行了樣車道路試驗。結(jié)果：（1）通過輪轂電機特性實驗得到了輪轂電機效率 MAP圖，研究不同控制器給定信號下輪轂電機效率隨轉(zhuǎn)矩的變化，發(fā)現(xiàn)相同控制器給定信號下，輪轂電機效率隨著轉(zhuǎn)矩的增大而增大，達到最大效率點后開始逐漸降低；而在相同轉(zhuǎn)矩下，輪轂電機效率最大可達80%。（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析輪轂電機轉(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，輪轂電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩存在一定的比例關系。利用最小二乘的原理對試驗數(shù)據(jù)進行多項式擬合，獲得了不同控制信號下輪轂電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的響應特性。（3）根據(jù)ECE城市循環(huán)工況試驗以及加速踏板定開度勻速試驗得出的實驗數(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)動時的消耗功率進行對比。通過樣車的道路勻速直線試驗發(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，這主要是因為輪轂電機在較低轉(zhuǎn)速時的效率較低。試驗結(jié)果表明通過驅(qū)動力分配進行整車能量優(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：搭建了四輪獨立驅(qū)動電動汽車樣車，并設計基于快速原型的上層控制器。通過分析輪轂電機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)，輪轂電機及其控制器的能量效率較低?；谧钚《嗽淼玫降妮嗇炿姍C控制規(guī)律，可以較好地反映輪轂電機轉(zhuǎn)矩響應特性。利用輪轂電機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，進行四輪獨立驅(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