底盘&动力学&整车性能专题2024年
随着电机驱动技术以及空气动力学技术的不断提升，纯电动汽车高速化趋势愈发明显。纯电动汽车高速行驶时，底盘后部空腔引起的低频气动噪声峰值可超过60 dB（A），严重影响驾乘舒适性。以某纯电动汽车高速工况下的低频噪声问题为案例，系统地阐述了低频噪声问题的排查分析及产生机理分析验证过程。首先，分析了高速行驶激励源类型，并通过声学风洞进行激励源分离试验，锁定低频噪声为气动噪声类型；其次，对低频气动噪声形成的潜在机理进行推断，并设计试验进行潜在机理排查分析，确定底盘后部空腔涡声耦合自激振荡是引起低频气动噪声的原因；最后，通过仿真分析、半经验公式计算和实车试验验证了潜在机理，并设计工程化方案解决了该低频噪声问题。这对纯电动汽车高速工况气动噪声问题的分析识别与解决具有重要的工程意义。
为全面梳理电动汽车车内声品质评价的发展现状，明确未来趋势，本文首先介绍了电动汽车车内声品质的研究进展和特点；然后详细介绍A声级对于电动汽车车内声品质评价的局限性、心理声学参量以及一些非传统参量客观评价方法；接着归纳了电动汽车车内声品质主观评价方法及其优缺点；之后重点分类总结了国内外电动汽车车内声品质客观量化模型；最后对电动汽车声品质评价进行了总结和展望，认为在未来以高精度客观评价模型代替传统主观评价方法，缩短评价时间与成本，提高评价准确性将是电动汽车车内声品质评价发展的重要方向。
湿式离合器是车辆传动系统核心元件，在高速分离状态下易出现摩擦片和钢片之间的碰撞摩擦，由此引起离合器带排转矩的急剧增大，影响其传动效率和可靠性。因此，本文以降低离合器高速段碰摩带排转矩为目标，对摩擦片表面微织构进行了优化设计。首先提出了摩擦片表面任意微织构形线参数化建模方法；然后选取了微织构的数量、深度、周向占比、径向占比和形线参数，构建了微织构优化的设计变量、约束条件和优化目标函数，通过将试验设计、模拟近似模型和搜索寻优相结合，建立了摩擦片表面微织构优化设计模型；最后进行了微织构优化前后的带排转矩对比试验。结果表明优化后的微织构可显著降低高速段碰摩带排转矩，并大幅推迟摩擦副高速碰摩现象出现的线速度。
为准确评估变速器空套齿轮受角加速度激励的敲击表现，采用集中参数法建立了模拟变速器敲击台架试验的10自由度扭转动力学模型；在包含时变啮合刚度、间隙非线性和拖曳力矩的基础上，进一步考虑齿轮制造误差和润滑油膜作用力。敲击台架试验结果表明包含楔入和挤压效应的润滑油膜作用力模型能正确反映变速器的敲击响应；数值分析结果表明润滑油膜可以减少制造误差位移激励和时变啮合刚度参数激励产生的齿面敲击，敲击强度随制造误差幅值的增加呈凹函数变化，当制造误差的幅值增加到某一数值时，齿轮副在无角加速度激励时亦产生敲击现象。润滑油温度对敲击的影响与角加速度激励有关：无角加速度激励时，低温时较低幅值的齿轮低频圆周误差通过改变油膜作用力方向产生敲击；油膜作用力产生的敲击响应频率比齿面接触的敲击响应频率更低；当存在角加速度激励时，敲击强度随温度的升高呈凸函数增加。
DCT的换挡是由拨叉的预挂挡控制和离合器的换挡控制两部分组成。在动力降挡过程中，预挂挡的挂挡时间较长，且对应的离合器转矩必须降为零才能开始执行挂挡过程，在某些工况下会因为等待预挂挡造成整个换挡过程的延时，进而影响整车的加速响应，这种现象在同轴动力降挡过程中表现尤其明显。为了优化某DCT车型的4阶降挡性能，提出基于STB来优化换挡时间和提升动力响应。STB是应用于DCT的一种半动力中断的换挡方式，本文对STB的整个换挡过程与正常换挡过程做了具体的对比说明，详述其优缺点。为了弥补STB换挡会有短暂动力中断的缺陷，设计了一整套控制策略。一方面开发了针对性的Kick Down逻辑，并采用与之对应的换挡规律，因此控制多阶降挡出现的时机，让4阶降挡仅在Kick Down时触发；另一方面采用开环算法将换挡过程中的发动机转速控制转化为时间控制，当预挂挡挂上并充油完毕时，发动机转速正好达到同步。经过实车上进行对比验证，STB换挡大幅缩短了4阶降挡的换挡时间，整车动力响应得到了明显优化。
为了改善四轮轮毂驱动车辆的横向稳定性，本文提出一种综合转矩协调和主动后轮转向的底盘协同控制策略。该策略旨在跟踪期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角的同时，有效抑制车身侧倾。基于轮毂电机驱动产生的垂向反力特性，设计了车辆纵向、横摆和侧倾运动的转矩协调解耦控制策略。为降低车辆横向动力学建模时忽略的非线性因素及模型不确定性对控制性能的影响，面向底盘协同控制设计了一种基于扰动观测器的模型预测控制方法，对非线性特性和不确定性进行估计和补偿。同时开展了硬件在环测试，通过双移线工况验证了所提出方法的有效性。结果表明，所提出的底盘协同控制策略能够有效提升车辆的横向稳定性，并减小车身侧倾运动；包含扰动观测的控制策略相比于无扰动观测补偿，对期望横摆角速度和质心侧偏角的跟踪误差分别降低了56.9%和27.3%，而车身侧倾角和侧倾角速度分别降低了8.9%和12.5%。
为使纯电动汽车具有更好的经济性，同时保持较好的动力性，针对自主研发的纯电动汽车两挡干式双离合变速器（2DCT），提出一种基于工况识别的实时换挡策略。通过径向基神经网络预测车速，利用动态规划提取 7种循环工况的最优换挡点，并搭建基于相似度比对的工况识别模型，对车辆行驶工况进行识别，实现实时换挡。基于MATLAB/Simulink进行仿真并完成2DCT台架实验。结果表明，提出的基于工况识别的实时换挡策略能同时兼顾车辆的经济性和换挡频率。
为有效抑制馈能式半主动悬架在不确定因素下的振动，建立悬架机电耦合动力学模型，研究悬架能量转换效率随电参数的变化规律；推导自适应最优容错控制增益，分别在时域和频域中研究悬架的隔振能力；通过构建Lyapunov方程，建立悬架自适应最优容错控制策略的鲁棒性能指标，研究关键参数对鲁棒性能指标的影响规律。研究结果表明：电参数对悬架能量转换效率影响显著，悬架在第2阶固有频率处能量转换效率较高；所提出的自适应最优容错控制策略能够在时域和频域有效抑制振动，其隔振能力明显优于被动控制和自供能模式，控制策略鲁棒性指标受发电模块电感和永磁体外径变化的影响最为显著。
针对电动汽车动力总成悬置系统（PMS）一部分参数为概率变量，一部分参数为离散数据的复杂不确定情形，开展了基于概率模型和数据驱动的电动汽车PMS可靠性优化设计研究。首先，基于任意多项式混沌（APC）展开和广义最大熵原理推导了一种求解该复杂不确定情形下PMS响应不确定性和可靠性的高效方法；然后，基于蒙特卡洛抽样，给出了该复杂不确定情形下求解PMS响应不确定性和可靠性的参考方法；接着，提出了一种基于APC展开法的灵敏度分析方法，进一步提出了一种考虑响应不确定性和可靠性的PMS优化设计方法；最后，通过应用算例验证方法的有效性，并对系统进行了灵敏度分析和可靠性优化。结果表明，所提出的方法可有效地处理电动汽车PMS一部分参数为概率变量、一部分参数为离散数据的复杂不确定情形，并能可靠地优化该情形下的系统固有特性，且方法具有较高的计算精度和计算效率。
针对某高级轿车研制的CDC减振器原理样机，通过实验测试及其数据分析，建立了考虑CDC系统时滞影响的非线性系统模型。分别对单、双电磁阀两种模式CDC减振器进行了研究。充分考虑复杂多变的车辆实际运行工况及系统非线性因素（包括路面激励较大时可能导致的悬架缓冲块撞击，以及轮胎跳离地面等情况），基于建立的非线性车辆系统模型及不同激励水平输入下的非线性系统仿真，研究了减振器系统时滞对车辆性能的影响。结合NSGA-Ⅱ算法优化结果，设计了一个改进的天棚控制算法，分别对单、双阀减振器进行了车辆性能分析与对比。研究结果表明，采用最优天棚控制的双阀CDC减振器相比于单阀CDC减振器有更好的控制效果，且对CDC系统时滞适应能力更强。研究结果可为自主研发的减振器设计和改进提供指导，并为CDC半主动悬架控制算法设计提供重要依据。
电控空气悬架系统（electrically controlled air suspension， ECAS）具有调节悬架刚度和车身高度的功能，可有效改善车辆乘坐舒适性和操纵稳定性。以某乘用车ECAS为对象，利用分数阶理论描述橡胶气囊的黏弹性阻尼特性，考虑等效阻尼及滞回特性对其热力学模型进行了优化，结果与实验数据吻合良好，验证了优化后的空气弹簧模型的精确性。在此基础上，考虑车辆纵横向动力学特性与Dugoff轮胎模型，建立14自由度整车ECAS动力学模型，提出模型预测（model predictive control， MPC）主动悬架控制方法，以可测变量为控制器输入，实现直线及转向行驶工况下的主动控制。仿真与整车台架实验研究表明，分数阶修正模型可以很好地反映ECAS变刚度特性，基于MPC的主动悬架控制策略能实时调整空气弹簧刚度，控制车身姿态，有效改善电动汽车行驶时的平顺性与稳定性。论文的研究方法为车辆悬架系统建模及主动控制提供了一种新思路。
车桥及悬架是汽车的重要部件，为了实时模拟商用车的整体式车桥及多种结构类型的悬架，本文采用基于总成特性的建模技术路线，将车桥的运动解耦为Motion运动学和Ride动力学，将悬架特性划分为耦合承载特性、RC/PC导向特性和耦合K&C运动学特性，创新性地考虑了车桥的俯仰动态效应、桥间承载非线性动态耦合关系、桥间K&C运动学耦合关系，建立了能够激发出商用车制动抖振负面现象的动力学模型，并提出了针对耦合悬架的K&C试验方案和模型参数辨识方法。最后，通过对比K&C试验数据，并与TruckSim模型作对比，系统层级上验证了本模型的精准性；通过将车辆参数填入UniTruck软件，对某款商用车进行了仿真，并与TruckSim仿真结果作对比，整车层级上验证了本模型的有效性。
悬架控制需要实现乘坐舒适性和操纵稳定性之间的良好折中，此外还需要考虑系统的不确定性，是一项复杂的任务。本文以兼顾悬架的动力学性能指标、算法鲁棒性与成本因素为出发点，提出了一种基于扰动观测器的次优-非奇异终端滑模切换控制算法（DOB-SNTSM）。首先，以簧载质量加速度信息为输入，通过卡尔曼滤波器设计，实现了悬架动挠度和簧载质量速度的有效估计。然后，针对悬架系统中的不确定项估计，设计了一种扰动观测器，并将扰动估计值作为前馈补偿。接下来，以滑模面函数为依据，提出了一种次优-非奇异终端滑模切换控制算法，并与扰动观测器的前馈补偿相结合，共同构成一种新的主动悬架控制策略。最后，分别进行了凸包路面和平稳随机路面下的仿真和台架试验验证，结果表明，扰动观测器的引入能显著提升悬架的乘坐舒适性指标，相比经典的天棚控制、理想状态LQR方法、不带有扰动观测器的SNTSM算法，新算法不仅很好地实现各项悬架性能指标的均衡，而且能够仅利用簧载质量加速度信息就可以达到接近理想状态LQR的控制效果，同时，控制器切换方案可以显著提升算法鲁棒性。
悬架系统作为调控车辆平顺性的核心组件，其性能直接决定了车辆行驶的优劣。针对目前车辆在复杂路面行驶过程中平顺性较差的问题，本文构建了不同于传统悬架的复合型悬架结构，并搭建该悬架的整体系统构架。首先为了探究整车复合型悬架的振动机理，构建整车复合型悬架动力学模型；其次结合驾驶员复杂的行驶需求，构建基于多工况的复合悬架系统控制策略，通过车辆行驶中不同的加权加速度均方根值验证其优化效果，并结合反空气弹簧模型证明了该系统可以减少空气弹簧的磨损；最后，在VI-Grade紧凑型驾驶模拟器中根据所构建的复杂工况进行试验验证，对比有无控制时的车身垂向加速度、侧倾角加速度和俯仰角加速度试验结果。试验结果表明，通过复杂工况中的车辆性能测试，所提出的复合型悬架系统在直线、弯道和制动3种工况下改善性能分别达到了32.26%、23.77%和7.38%，可以有效改善车辆行驶时的平顺性性能，解决了正常行驶下空气弹簧的损耗问题。
纯电动汽车的振动特性与传统内燃机汽车存在较大差异，本文针对纯电动汽车悬置隔振率不足的问题，提出了一种适用于悬置系统隔振率优化的研究方法。分析悬置系统各方向隔振率以及影响悬置隔振率的主要因素，确定了后悬置隔振率作为优化对象，提出通过优化悬置被动侧支架安装点动刚度来提升隔振率。采用第二代非劣排序遗传多目标寻优算法，以隔振率最优、质量比变化最小为寻优目标，对支架安装点动刚度目标值进行寻优，根据寻优结果对被动侧支架结构进行调整。试验结果表明，优化后的后悬置Y向隔振率从5.61提升至18.13 dB，驾驶员右耳旁噪声在24、48阶次下降9.76和5.03 dB（A），驾驶舒适性有明显改善。
常规的制动安全检测通常采用长时间、极端工况，但可能会失去准确的工作范围。针对这一不足，首先提出一种踏板稳定模式的短时工况试验方法，该方法结合了现有的测试标准，并不限于单一的极端制动模式，而是可以考虑电动汽车的快速稳态运行。在此基础上，基于机器学习对运行片段回归并通过连续拼接构建短时工况。利用短时工况提出一种改进的制动安全检测方法，该方法通过主成分分析对制动片段的特征参数进行降维，同时根据特征参数计算制动片段的重复性距离判断安全隐患。最后，通过在测试台架上跟随短时工况，验证所提出的短时工况和制动安全检测方法的有效性。
针对磁流变制动器制动力矩输出不稳定的问题，采用遗传算法优化后的模糊PID控制器对双线圈磁流变制动器进行力矩控制。基于Bingham模型建立了双线圈磁流变制动器的制动力矩数学模型，同时推导了磁流变制动器的动态模型。完成了双线圈磁流变制动器的制动力矩实验，当励磁电流为1.0 A时，磁流变制动器制动力矩最大值为4.8 N·m；采用最小二乘结构模型，开展了双线圈磁流变制动器传递函数的参数辨识；基于遗传算法和模糊PID控制，设计了双线圈磁流变制动器的遗传算法优化的模糊PID控制器；搭建了磁流变制动器控制实验平台，开展了磁流变制动器力矩控制实验研究。研究结果表明，相比于传统模糊PID控制，在基于遗传算法优化的模糊PID控制下，双线圈磁流变制动器能实现较好的力矩控制效果，制动力矩阶跃响应上升时间为0.63 s，超调量为4.17%，制动力矩跟踪误差在0.2 N·m以内，具有较快的响应速度、较小的超调量以及较小的力矩跟踪误差。
汽车尾翼是性能车、跑车中关键零部件之一，对汽车的驾驶性能和稳定性有着较大影响。在汽车行驶过程中，车速、加速度和转向角都是不断变化的，传统尾翼系统设计方法无法兼顾控制系统输入输出之间的非线性关系，以及输入的不确定性。本文提出基于模糊控制的汽车尾翼设计方法用于解决上述问题，研究了车速和制动踏板行程与尾翼攻角之间的关系，设计了自适应尾翼的执行机构并进行稳定性分析，并对加装尾翼后的车辆进行了制动性能仿真验证。研究结果表明：采用模糊控制策略可以在车辆行驶过程中自适应控制尾翼位置；设计的机构保证了尾翼传动过程所需的大传动比，并使尾翼能保持在目标位置；使用优化后的尾翼，在低速时驾驶的稳定性良好，而在高速时的制动性能提高了4.7%，制动距离由38.2 缩短至36.9 m，缩短了3.3%。本研究提供了一种自适应车况的汽车尾翼设计思路，可以为汽车尾翼技术提升和产业应用提供参考。
针对电子助力制动系统（EBBS）面临的机-电-液多维非线性扰动问题，提出了一种自适应压力控制策略。外层液压控制器引入自适应径向基函数神经网络和鲁棒滑模理论克服液压时变不确定性，中间层位置控制器采用Karnopp摩擦前馈补偿和滑模控制应对传动机构非线性摩擦阻碍，内层电流控制器通过李雅普诺夫理论解决电机电磁特性耦合问题。仿真和硬件在环试验结果表明，设计的压力控制策略能够在多种工况中将EBBS主动制动稳态压力跟随误差维持在0.15 MPa之内。
针对集成式电液制动系统（integrated electro-hydraulic brake system，IEHB）存在的复杂液压非线性特性和时变摩擦干扰，提出一种自适应压力控制策略。外环压力控制器引入液压特性的动态线性化模型并基于滑模观测器对模型参数实时辨识实现对非线性液压特性的自适应。内环伺服控制器采用基于压力的连续摩擦补偿和反步动态面控制应对传动机构摩擦阻碍。硬件在环实验结果表明，与现有的先进级联压力控制相比，设计的压力控制策略在多种工况下均表现出更高的控制精度和鲁棒性，并显著提升了IEHB在不同液压回路结构下的压力控制效果。
底盘&动力学&整车性能专题2024年
