底盘&动力学&整车性能专题2023年
窄体车辆有助于解决常规乘用车的道路占用、空间浪费、能源危机和环境污染等问题，应用主动侧倾技术解决窄体车易侧翻的安全性问题。根据窄体车主动侧倾运动的特点，建立窄体车车身动力学模型，考虑主动侧倾特性及车辆侧向与纵向运动引起的车轮载荷变化，结合UniTire统一轮胎模型，进行主动侧倾窄体车极限态工况状态参数相平面分析，探明窄体车运动机理，获得窄体车极限态运动规律及运动特性，为提高窄体车稳定性研究奠定基础。
为解决惯性质量带来的馈能式悬架性能恶化的问题，研究了减振器串联缓冲器的解决方案。建立了带缓冲器的2自由度馈能式悬架模型，理论研究表明增加缓冲器利于改善簧载质量加速度、悬架动挠度，同时降低惯性力；通过传递特性分析，揭示了缓冲器对减振器速度幅值通低频阻高频的作用。对比有无缓冲器时悬架耗散功率，结果表明缓冲器降低了悬架耗散功率。通过台架对比测试，验证了增加缓冲器能够有效提升馈能式悬架性能，簧载质量加速度均方根值降低58.0%，车轮相对动载荷均方根值降低33.3%，悬架动挠度均方根值降低27.6%。
针对长下坡路段行驶的重型载货汽车因驾驶人路况不熟悉而行车制动系统使用不当引发制动器热衰退风险的问题，本文提出了基于道路行驶工况辨识的重型载货汽车排气制动系统主动控制策略。考虑到山区路段道路纵向坡度信息难准确获取，且制动踏板动作特征与其他路段存在显著的差异，文中选取时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和制动踏板作用时间比例分别建立了下坡路段行驶制动工况和其他路面制动工况，利用制动踏板动作与开启排气制动系统的因果关系建立了具有连续时间序列特性隐马尔可夫模型。考虑到时间窗长度对控制效果的影响，文中建立时间窗长度为30、60、90和120 s的4种模型，利用京昆高速雅安-西昌段K25-K174左线和右线试验数据进行离线训练和在线辨识验证。道路试验和仿真结果表明：文中提出的控制策略能够准确辨识车辆行驶工况，能够实现排气制动系统主动控制，降低了对驾驶人的高度依赖，从而提高了重型载货汽车下坡路段行驶安全性。
针对基于LMS算法道路噪声主动控制在面对冲击性噪声时性能骤降的问题，建立了基于滤波-x最小平均绝对偏差（FxLMAD）算法的道路噪声主动控制系统，以控制路面冲击输入下的车内噪声。首先对路面冲击输入下车内噪声特性进行了分析，发现其噪声是非高斯的，且更符合α稳定分布。接着对基于FxLMAD算法的噪声主动控制进行仿真，结果表明该算法在达到良好降噪效果的前提下还拥有结构简单、计算量小的优点。最后，搭建了车内噪声主动控制系统并在某燃油车上完成了冲击路面的实车道路试验。结果显示，基于FxLMAD算法的车内道路噪声主动控制系统在50~500 Hz范围内的总声压级降噪量可达约2 dB（A），明显优于普通的LMS算法。
为了研究行驶速度对路噪的影响，详细解析了滚动速度与柔性环轮胎模型的模态固有频率及振动响应之间的关系。建立了某款SUV轮胎的CDtire模型，通过模态测试验证了模型准确性；然后分析了不同滚动速度中，CDtire在主要方向的轮心振动频响。结果表明：对比该款轮胎以40和60 km/h的速度滚动，轮胎面内径向2阶模态对应的振动响应前者更大，前者对应频率的路噪水平也更高，并在实车路噪测试中得到了验证。
传统车辆经济性对比分析方法受车辆配置、大小、质量等因素影响，容易得出普通车辆经济性远高于豪华车辆的结论。为了对新能源汽车和传统燃油汽车的综合经济性进行深入客观的对比分析研究，本文中建立了一套搭载不同动力系统车辆的综合经济性预测模型，并基于该模型进行了新能源汽车（纯电动和燃料电池商用车）与传统燃油汽车的综合经济性对比分析及预测研究，从车辆的不同续驶里程和质量两个维度要求考虑，建立了搭载不同动力系统车辆的成本预测模型，并对纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车在当下、2025年、2030年、2035年的动力系统成本和全生命周期使用成本进行数据计算和经济性预测。预测结果表明：未来纯电动汽车和燃料电池汽车动力系统成本和全生命周期成本将会进一步下降，甚至会逐步优于传统燃油汽车；燃料电池汽车成本下降速度更快，在长续驶里程和高重载条件要求下，燃料电池商用车的全生命周期成本将逐步低于同类型传统燃油汽车和纯电动汽车，建议我国优先发展对续驶里程要求较长的重型商用车。
为提高8轮分布式电驱动车辆动力学综合控制性能，提出一种主动前轮转向系统（AFS）和直接横摆力矩系统（DYC）协同控制方法。首先，基于车辆模型求得考虑垂直载荷转移和侧倾稳定性的期望横摆角速度和质心侧偏角。其次，提出一种联合双线法和横摆角速度法的β-β˙相平面区域划分方法，将车辆状态划分为稳定域、临界稳定域和非稳定域。然后，设计包含决策层、协调控层和转矩分配层的控制器。在决策层，采用改进滑模函数设计附加横摆力矩滑模控制器和附加转角滑模控制器。在协调控制层，根据车辆状态所处的相平面区域设计3种控制策略。在转矩分配层，根据各轴的垂直载荷比例分配各轮转矩。最后，基于MATLAB/Simulink和Trucksim联合仿真平台，进行双移线跟踪试验验证。结果表明，所提控制方法具有较好的轨迹保持精度和车身姿态修正能力，能有效提高车辆的行驶稳定性。
为提高车辆在弯道行驶的操纵稳定性，本文中设计了一款主动倾斜式尾翼的空气动力学套件，在现有车辆的基础上加装主动倾斜式尾翼和前唇，通过空气动力学仿真找出车辆气动特性与尾翼倾角和攻角的关系。基于模糊控制算法设计可调倾角和攻角的控制策略，并通过车辆操纵稳定性仿真对控制策略进行了优化。在实车上加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件并根据优化后的控制策略编写代码，基于国家标准进行操纵稳定性实车试验。试验结果表明，加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件的车辆相对于加装仅攻角可调的空气动力学套件车辆、未加装空气动力学套件的车辆在稳定性上都有一定的提升。
重型商用车存在转动惯量大、控制响应慢等特点。针对重型商用车，基于质心侧偏角、横摆角速度、垂向载荷转移系数设计了三维相空间分析方法，从而判断车辆的实时稳定状态。针对不同的车辆行驶状态，采用AFS控制和AFS/DYC分级控制，并基于利用附着系数设计了可拓控制方法，从而补偿前轮转角和横摆力矩的控制输出，以保证控制器在不同工况下的鲁棒性。通过TruckSim/Simulink联合仿真和硬件在环实验验证了该方法的有效性，并在仿真中通过β-ψ˙-LTR判断和β-ψ˙判断对比证明了相空间动态稳定域的优越性。仿真和实验结果表明：相比单纯以驾驶员意图操纵车辆，所设计的基于可拓H∞的AFS/DYC分级控制策略可以保证车辆在不同工况下的稳定性，尤其在低附着路面上表现出更好的稳定性，可有效降低车辆在极端工况下发生交通事故的概率。
为了优化纵置混动车型平衡轴齿轮敲击噪声，对比横置车型结构差异，识别出飞轮惯量变大，曲轴模态降低，平衡轴驱动齿圈角加速度变大，导致平衡轴齿轮敲击，而常规单级减振器匹配呈现“此消彼长”规律，无法覆盖发动机全转速段角加速度优化目标，因此开发出双级扭转减振器，降低平衡轴驱动齿圈角加速度，可解决齿轮敲击问题；使用Simpack软件搭建了齿轮敲击多体动力学模型，研究了平衡轴齿轮敲击产生和传播机理，进而开发出双消隙平衡轴，通过减小啮合过程中轮齿双侧受力冲击， 进一步优化了齿轮敲击噪声。结果表明，综合使用双级减振器和双消隙平衡轴可解决齿轮敲击问题，对平衡轴齿轮设计和敲击问题优化具有重要的工程意义。
为研究后视镜镜臂对其产生的气动噪声的影响，针对某SUV后视镜采用脱体涡（detached eddy simulation）方法分析其流场和近场噪声特性。通过改变镜臂外形设计了两种降噪模型，在航空工业气动院FL-53风洞开展了3个后视镜模型的气动噪声风洞试验。结果显示：通过改变镜臂周围曲率，能够减小涡的尺度，改变涡脱落的方向，降低后视镜尾流区域近场噪声，且风速会影响部分频段的降噪效果；从远场指向性看，3个后视镜在尾流区声压级较大，降噪模型没有改变远场指向性。
本文中基于车载诊断原理，将车载自诊断过程产生和保存的故障码（diagnostic trouble codes， DTC）分析与关联规则挖掘相结合，提出适用于挖掘故障码数据关联的改进FP-Tree算法，并根据得到的关联规则建立整车故障码关联图，将其应用于历史数据分析流程与车辆维修流程。挖掘数据中有趣关联规则，提供关联可视化结果；对维修过程读取的驳杂故障码进行分析，减小故障码复杂性，分析主要故障码，缩短基于故障码的检修时间，协助维修人员定位故障。
汽车行驶中轮胎突然爆裂是极其危险的行驶工况，但轮胎爆裂过程的准确测试分析难度很大，而其现有仿真方法因需大幅简化使得难以描述轮胎爆裂过程的瞬态特性。针对此问题，本文中提出分别模拟胎内、外空气，且考虑轮胎各种材料失效特性、胎内空气与轮胎车轮总成流-固耦合的汽车轮胎爆裂过程仿真分析方法，实现轮胎滚动中爆胎过程的瞬态动力学特性仿真；并通过对比仿真和理论计算结果，验证仿真模型的正确性；同时，通过计算还获得爆裂轮胎内部空气泄漏规律和路面对轮胎径向力的变化特性，以及轮胎速度、胎压与裂口尺寸对爆胎过程持续时间和轮胎力学特性的影响机理。本文工作聚焦于仿真方法研究，对掌握爆裂轮胎瞬态特性、研究爆胎后整车动力学控制策略具有意义。
在某SUV开发过程中，为了更好地体现运动感，外造型上设计了带镂空的尾翼，然而，镂空尾翼带来了新的气动噪声源，使得车内噪声性能严重恶化。本文通过对风洞测试结果与数值模拟流场的分析，明确了镂空尾翼的声源产生原因：一是气流在镂空通道加速并冲击后风挡产生；二是气流在尾翼尾部区域分离、耦合形成的高湍流强度涡漩辐射产生。基于此，明确了优化方向：减少镂空处的气体流量；降低尾翼下方气流速度；改变尾翼下方气流流动方向。制定了具体的优化方案，并通过了风洞试验验证。结果表明优化方案对提高车内语音清晰度和降低车内声压级都有显著效果，车内声压级降低至少2 dB（A），语音清晰度分别提高0.7%、1.5%、1.7%。通过本文研究内容，可以为尾翼造型设计及优化提供重要依据。
座椅发泡材料的特性是影响座椅舒适性的主要因素之一。本文利用拉压试验机对座椅发泡材料进行乘坐压力测量，设计乘坐压力与发泡密度、硬度和回弹率的单因素实验，实验分析了乘坐压力与物理参数的相关性和显著性。在40组实验数据的基础上，通过HyperStudy多学科优化软件，利用最小二乘回归法进行拟合得到了座椅发泡材料乘坐压力评估模型。利用此模型计算出乘坐压力的大小，从而在产品的设计阶段评估座椅舒适性的程度。
针对紧急工况下车辆纵横向动力学耦合导致传统轨迹跟踪方法精度下降的问题，提出解耦循迹跟踪算法，该算法在利用动力学解耦消减耦合负效应的基础上，通过跟踪车辆目标运动状态实现运动轨迹的间接跟踪。首先，基于理论推导与仿真，探究了车辆纵横向动力学耦合成因及其对循迹跟踪精度的影响；然后，通过修正传统3自由度车辆动力学逆系统构型确定其接口，利用随机数据集训练反馈前向神经网络（BPNN）模型以获取车辆平面运动逆系统；最后，设计基于目标运动轨迹的目标运动状态逆解算模型与基于纯跟踪思想的目标轨迹修正模型，将逆系统解耦方法应用于长航程循迹跟踪任务中。仿真与实验结果说明解耦循迹跟踪作为一种全新的跟踪方法，不仅可以完成跟踪任务，且通过与传统循迹跟踪方法对比，在耦合工况下所提出的方法具备更高的跟踪精度。
针对车辆在高速转向和不同路面附着系数下的轨迹跟踪控制问题，基于模型预测控制理论提出了一种考虑路面附着系数的变侧偏角约束MPC控制策略。根据魔术公式轮胎模型分析轮胎的侧偏特性以及不同附着系数对轮胎侧偏角-侧向力线性区的影响，建立轮胎侧偏角约束与不同路面附着系数的函数关系；采用遗传算法（GA）优化BP神经网络模型设计路面附着系数估计器，将估计结果作为与轮胎侧偏角约束相关的变量传递到MPC控制器中；最后在MPC控制器中建立系统控制量约束、控制增量约束，以及考虑路面附着系数的变侧偏角约束，将不同路面附着系数工况下的轨迹跟踪问题转化为多约束条件下最优值求解问题，实现轨迹跟踪和车辆稳定性控制。仿真和试验结果表明，考虑路面附着系数变化的MPC控制方法相对传统MPC控制方法在各种工况下具有更高的轨迹跟踪精度和更好的车辆稳定性，GA-BP神经网络路面系数估计方法具有很高的估计精度。
针对自动驾驶环境感知中并行大型车辆朝向角预测结果稳定性差的问题，本文中提出一种新的方法进行并行大型车辆朝向角计算。首先，基于相机逆投影模型提出根据轮胎特征点图像位置计算目标车辆朝向角的计算方法。然后，在现有单目3D目标检测模型上增加并训练子分支用于进行大型车辆轮胎特征点的检测。最后，对本文算法进行可视化验证。结果表明，该方法可得到准确的并行大型车辆朝向角，具有比单目3D目标检测模型更好的稳定性。
为实现车辆在非匀速行驶时的悬架相对速度和簧上绝对速度估计，同时减小车载传感器的数量，构造了不考虑车轮动力学、以车轮垂直速度为输入的车辆悬架系统简化模型，设计了一种基于速度自适应轴距预瞄的结合卡尔曼滤波算法估计整车悬架相对速度和簧上绝对速度的方法。仿真结果表明，在车辆非匀速行驶通过低频正弦路面、减速带、凹坑以及典型随机路面时，所提出的方法可以准确估计车辆的悬架相对速度和簧上绝对速度，且速度自适应轴距预瞄的引入减少了传感器的使用数量。
带排转矩会降低湿式离合器的传动效率，缩短其使用寿命和降低其工作可靠性。目前针对湿式离合器带排转矩的研究大多基于平均间隙分布模型，但各摩擦副之间的间隙分布对带排转矩有重要影响，且获取处于工作状态的湿式离合器各摩擦副间隙分布是很困难的。因此，本文提出了一种湿式离合器各摩擦副间隙分布的仿真模拟方法，采用次序统计方法模拟各摩擦片和钢片的位置，获得各摩擦副初始间隙分布规律；在此基础上，通过仿真分析不同工况下欠约束多摩擦副系统的临界碰摩转速及带排转矩，并通过了试验验证。结果表明，在湿式离合器总间隙不变的情况下，欠约束多摩擦副系统的临碰摩转速小于基于平均间隙分布假设下的临界碰摩转速；随着湿式离合器总间隙的增加，临界碰摩转速逐渐下降；欠约束多摩擦副系统的带排转矩明显大于基于平均间隙分布假设下的带排转矩，随着湿式离合器总间隙的增加，带排转矩逐渐下降。
底盘&动力学&整车性能专题2023年
