公路运输

模型车轮胎侧偏刚度的参数辨识方法

李玲，马力，牟宇，等

摘要：目的：鉴于高速转弯等极限工况下，采用实车实验法研究车辆的稳定性存在极大的危险性，采用模型车代替实车进行车辆稳定性实验。轮胎参数作为车辆动力学模型的基本参数，是进行模型仿真和车辆动力学分析的基础。因此，为研究车辆系统的动力学特性，开展车辆操纵稳定性实验分析和验证，须先获取轮胎参数，特别是轮胎的侧偏刚度。方法：采用侧向横摆联合法和参数辨识法，测定1/5模型车的轮胎侧偏刚度。首先根据侧向横摆联合法，基于2自由度车辆模型，推导轮胎侧偏刚度的参数辨识模型。为获取辨识模型中的轮胎侧偏刚度值，须分别测定模型车基本参数（模型车质量m、轴距L、前后轴距a与b和绕z轴的转动惯量）和车辆运行时的状态变量（模型车纵向速度、侧向速度、横摆角速度、侧向加速度和横摆角加速度）。其中，模型车的基本参数通过搭建的模型车转动实验台测定；然后，设计低速圆周运动实验，采用GPS和INS相结合的方法测定20次低速圆周运动实验中模型车运行时的状态变量。结果：辨识得到轮胎线性区域的侧偏刚度为=1.5499 kN/rad。根据辨识得到的轮胎侧偏刚度，一方面通过计算前轮转角并和利用Ackermann转向几何学得到的前轮转角进行对比，直接验证了参数辨识法测定轮胎侧偏刚度的准确性；另一方面通过计算轮胎魔术公式系数，间接验证了参数辨识法测定轮胎侧偏刚度的准确性。结论：为测定1/5模型车的轮胎侧偏刚度。设计了低速圆周运动实验，首先搭建模型车转动实验台测定模型车的基本参数，然后采用GPS和INS相结合的方法实现车辆运动参数的测定，根据侧向横摆联合法和参数辨识法，测得轮胎线性区域的侧偏刚度为1.5499 kN/rad。并分别通过前轮转角和魔术公式验证实验得到的轮胎侧偏刚度的准确性。结果表明，采用低速圆周实验法和参数辨识法能准确方便地实现对模型车轮胎侧偏刚度的测定，为极限工况下车辆操纵稳定性的实验验证提供支持。

来源出版物：汽车工程, 2016, 38(12): 1508-1514

入选年份：2016

四轮独立驱动电动汽车能效分析与功率分配

李仲兴，王吴杰，徐兴，等

摘要：目的：为了适应当前降低汽车排放以及减少对非可再生资源依赖的要求，新能源汽车逐渐成为研究的热点。相对于混合动力汽车、插电式混合动力汽车以及纯电动汽车，四轮独立驱动电动汽车则具有独特的优势。驱动系统中轮毂电机及其控制器的转矩响应特性及能量特性是分析四轮独立驱动电动汽车效率特性的基础。从整车需求转矩分配方式角度出发，进行四轮独立驱动电动汽车能效分析与功率分析方法研究，并通过实车道路试验验证了能量优化的可行性。方法：利用四轮独立驱动电动汽车其各轮独立控制的优势进行驱动力分配，实现整车能量效率与稳定协调的优化控制。首先，分析了四轮独立驱动电动汽车样车的结构及电气原理，利用快速原型建立了分布式整车控制系统架构。其次，基于轮毂电机及其控制器与样车的台架试验和底盘测功机道路模拟试验，得到了轮毂电机的转矩响应特性及能量效率曲线，采用最小二乘法拟合驱动电机控制规律。最后，基于轮毂电机及其控制器效率的非线性和在转速区间的差异，提出了一种减少整车能量消耗的前后驱动力分配方法，并进行了样车道路试验。结果：（1）通过轮毂电机特性实验得到了轮毂电机效率 MAP图，研究不同控制器给定信号下轮毂电机效率随转矩的变化，发现相同控制器给定信号下，轮毂电机效率随着转矩的增大而增大，达到最大效率点后开始逐渐降低；而在相同转矩下，轮毂电机效率最大可达80%。（2）根据实验数据，分析轮毂电机转矩在不同的控制信号下随转速的变化，发现相同转速下轮毂电机转矩随着控制信号的增加而增加；而同一控制信号下，轮毂电机转速与转矩存在一定的比例关系。利用最小二乘的原理对试验数据进行多项式拟合，获得了不同控制信号下轮毂电机转矩与转速的响应特性。（3）根据ECE城市循环工况试验以及加速踏板定开度匀速试验得出的实验数据，发现由于轮胎摩擦损失的存在，在40 km/h车速时驱动轮最大效率仅有67.5%，且较低车速15.2 km/h时为58.3%，同时驱动效率随着车速的增高先增大后减小。（4）考虑前后轴分配的极限情况，即仅用前轴驱动或仅用后轴驱动，讨论相同车速下与四轮驱动时的消耗功率进行对比。通过样车的道路匀速直线试验发现，仅用两轮后驱时以相同的车速行驶所消耗的功率要低于四轮驱动所消耗的功率；在10 km/h的较低车速行驶时，四轮驱动与后轮驱动所消耗的功率差不多，这主要是因为轮毂电机在较低转速时的效率较低。试验结果表明通过驱动力分配进行整车能量优化，不同行驶速度下能效最大改善超过10%，进一步地优化驱动模式能够大幅地降低了整车能耗，为四轮独立驱动电动汽车整车协调控制提供了可行性。结论：搭建了四轮独立驱动电动汽车样车，并设计基于快速原型的上层控制器。通过分析轮毂电机及其控制器能量特性，发现在低转速与低转矩区间内，轮毂电机及其控制器的能量效率较低。基于最小二乘原理得到的轮毂电机控制规律，可以较好地反映轮毂电机转矩响应特性。利用轮毂电机及其控制器的效率特性的非线性和在不同转矩区间的差异性，进行四轮独立驱动电动汽车驱动力分配，可优化整车能量利用率。

来源出版物：汽车工程, 2016, 38(9): 1037-1043

入选年份：2016