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当期目录

    2024年, 第46卷, 第10期 刊出日期:2024-10-25 上一期    下一期
    基于特性的商用车整体式车桥及耦合悬架动力学模型研究
    李力,黄伟,高越,孙磊,朱宝黎,管欣,詹军,姜乐,段春光,崔晨雪,王威
    2024 (10):  1723-1732.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.001
    摘要 ( 373 )   HTML ( 56 )   PDF(5866KB) ( 273 )  

    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。

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    四轮轮毂驱动车辆横向稳定性的底盘协同控制
    俞志豪,罗荣康,吴佩宝,侯之超
    2024 (10):  1733-1743.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.002
    摘要 ( 260 )   HTML ( 26 )   PDF(3870KB) ( 216 )  

    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%。

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    基于扰动观测器的主动悬架切换控制算法研究
    陈潇凯,陈丰,刘向,刘宏宇,王笑宇
    2024 (10):  1744-1754.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.003
    摘要 ( 149 )   HTML ( 10 )   PDF(5052KB) ( 126 )  

    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。

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    面向转向制动工况的制动力动态分配策略
    吴桐,荣劲,王军年,孙文,初亮,葛林鹤
    2024 (10):  1755-1765.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.004
    摘要 ( 182 )   HTML ( 11 )   PDF(4476KB) ( 190 )  

    受轮胎侧偏、载荷横移等因素的影响,汽车在转向制动工况下的动力学行为比直线制动更复杂。深入探究该工况下改善汽车循迹能力的制动力分配策略,对于保障行车安全具有重要意义。对此,本文以电子机械制动为载体,进一步研究转向制动工况下的制动力分配策略。首先,以2自由度汽车动力学模型为参考,基于模型预测控制算法求解汽车保持稳定行驶时前和后轴车轮所需的最低侧向力。然后,通过在线求解附着椭圆得出可供各车轮制动的最大纵向力。在此基础上,以最大纵向力为依据进一步计算制动力分配系数,实现制动力优化分配。仿真和试验结果表明:所提出的制动力分配策略能够根据汽车行驶工况、载荷状态和路面附着条件动态调节制动力分配比例,提升了转向制动工况汽车的循迹能力。

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    轮毂电机驱动电动汽车4WS和DYC协调控制
    张海川,王姝,赵轩,周辰雨,虢沧岩,周猛
    2024 (10):  1766-1779.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.005
    摘要 ( 157 )   HTML ( 13 )   PDF(7164KB) ( 148 )  

    为了提高轮毂电机驱动电动汽车的路径跟踪能力和操纵稳定性,本文针对主动四轮转向系统(4WS)和直接横摆力矩控制系统(DYC)提出一种新型的协调控制策略。首先,综合考虑车辆的路径跟踪性能和操纵稳定性,建立一种共享转向控制模型,并在此基础上提出基于非合作Nash博弈的4WS控制策略。其次,为了提高危险行驶工况下的车辆侧向稳定性,基于质心侧偏角相平面将车辆状态划分为稳定区域、过渡区域和失稳区域,并分区域建立DYC控制器。再次,为了实现后轮转向与直接横摆力矩的协同控制,建立基于模糊神经网络的ARS/DYC协调控制器。最后,利用CarSim/Simulink联合仿真平台和硬件在环平台,分别进行双移线工况下的试验验证。研究结果表明,所提出的控制策略能够有效地提高车辆在极端行驶工况下的路径跟踪精度和操纵稳定性能。

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    基于自主漂移的自动驾驶车辆极限工况轨迹规划与控制
    卢少波,代灵峰,王晨辉,刘丙军,褚志刚,谢文科
    2024 (10):  1780-1789.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.006
    摘要 ( 197 )   HTML ( 26 )   PDF(2572KB) ( 153 )  

    为兼顾自动驾驶车辆在极限工况下的稳定性与轨迹跟踪性能,提出了一种基于自主漂移的自动驾驶车辆轨迹规划与控制方法。基于神经网络设计了神经网络轮胎动力学模型,提升了传统魔术轮胎公式的精度。为进一步拓展自动驾驶车辆极限工况下的稳定边界,基于漂移时轮胎饱和及最大侧滑特性结合质心侧偏角-横摆角速度相平面约束设计了漂移稳定边界,采用非线性模型预测控制(NMPC)在更大稳定范围内规划了安全漂移轨迹,并对规划轨迹进行了漂移跟踪控制。Simulink/CarSim联合仿真结果表明,该方法可充分利用漂移运动优势,在极限工况下确保车辆不发生失控,同时准确跟踪期望轨迹。

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    基于模型预测路径积分和输出调节的层级运动控制
    万航,聂士达,刘辉,张发旺,项昌乐,韩立金
    2024 (10):  1790-1803.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.007
    摘要 ( 99 )   HTML ( 3 )   PDF(4042KB) ( 107 )  

    由于车载平台计算能力的限制,长控制/预测时域和短控制步长之间存在难以调和的矛盾。本文基于时标分离思想推导了车辆平移运动与平面姿态运动解耦的必要条件,使得车辆的平移运动控制器可以获得更长的控制/预测时域,以便于生成类人跟踪轨迹。车辆的平面姿态调整则基于更为精确的动力学模型和更短的控制周期来调节。此外,利用基于并行采样及优化的模型预测路径积分策略来减轻非线性运动规划的计算负担。最后,提出了一种模型预测输出调节器来解决车辆横向动力学中的欠驱动控制问题,并抑制偏航角的稳态误差。理论分析和试验结果表明,所提出方法能够极大地提升计算效率、参数适应性和转向平顺性,在所有验证工况中将横向冲击度平均降低了50%。

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    基于学习型模型预测控制的智能车辆路径跟踪控制
    秦洪懋,江曙,张田田,谢和平,边有钢,李洋
    2024 (10):  1804-1815.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.008
    摘要 ( 157 )   HTML ( 20 )   PDF(2450KB) ( 157 )  

    路径跟踪控制是智能车辆的一项关键技术。然而,现有车辆跟踪控制方法多依赖于较为精确的车辆控制模型,而实际的车辆控制系统多存在建模误差、参数摄动以及外部扰动等,显著影响路径跟踪控制精度。本文针对性地提出一种考虑车辆未建模动态的智能车辆学习型路径跟踪控制方法。首先建立车辆标称模型,并采用线性预言模型对车辆未建模动态进行近似补偿,以提高车辆模型的精度;然后基于扩展卡尔曼滤波原理实现对未建模动态参数的学习更新;之后构建考虑系统未建模动态的学习型模型预测控制器(LMPC);最后通过CarSim和Matlab/Simulink设计多工况多组别联合仿真试验,验证所提方法在提高路径跟踪精度方面的有效性。

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    多源干扰下的智能车模型预测纵向运动抗干扰控制
    张忠,吴晓建,江会华,张超,万宇康
    2024 (10):  1816-1828.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.009
    摘要 ( 138 )   HTML ( 12 )   PDF(8147KB) ( 60 )  

    智能车纵向运动控制面临模型失配和外部环境变化等多源干扰,影响速度跟踪的精确性,本文针对性提出一种结合扰动观测和模型预测控制(model predict control, MPC)算法的纵向运动抗干扰控制方法。首先,根据车辆纵向动力学模型分析车辆纵向加速度与各项作用力之间的关系,然后将其简化为含多源干扰的质点运动型并设计模型预测控制器作为上层控制器。其次,针对内部未建模动态干扰及外部随机干扰,设计线性扩张状态观测器(linear extended state observe, LESO)进行实时估计,并通过前馈环节实施补偿,且分析了MPC闭环稳定性和LESO收敛性,最终形成扰动补偿和状态反馈的模型预测最优调节控制律。进一步地,为确保控制策略的高效执行,提出1阶自抗扰控制器作为下层控制器,将期望加速度转换为发动机转矩,从而实现对车速的闭环控制。最后,将算法部署在车载微控制单元(microcontroller unit, MCU)上,在多个速度和道路工况下进行实车测试。实验结果表明,所提出的策略可以快速且精确跟踪目标车速,具备良好的抗干扰能力。

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    考虑侧风稳定性的汽车轨迹跟踪自适应时域模型预测控制
    袁志群,陈衍强,常宇轩,霍殿生,林立
    2024 (10):  1829-1841.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.010
    摘要 ( 143 )   HTML ( 12 )   PDF(8342KB) ( 102 )  

    为扩展模型预测控制的应用场景,提高智能汽车在极端风环境下的轨迹跟踪精度,提出了一种考虑侧风稳定性的自适应时域控制方法。首先,以跨海桥梁上轿车超车过程为研究对象,采用汽车空气动力学与系统动力学耦合方法建立轿车超车的侧风稳定性分析模型;接着,建立汽车侧偏安全风险模型,以侧偏风险等级、车速及横向误差为参考设计时域自适应调节器,实现预测时域和控制时域的动态调节;最后,采用CarSim和Simulink搭建联合仿真场景,通过五次多项式规划超车轨迹,验证控制器的跟踪精度及鲁棒性。结果表明:与固定时域及变权重模型预测控制器相比,改进后的控制器可以更好地抵抗“风-车-桥”的气动干扰,以较低的实时性代价提高了车辆轨迹跟踪精度,汽车侧风稳定性得到明显提升。

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    基于点云反射特性的前方道路附着系数估计方法研究
    胡宏宇,唐明弘,高菲,鲍明喜,高镇海
    2024 (10):  1842-1852.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.011
    摘要 ( 85 )   HTML ( 4 )   PDF(6153KB) ( 83 )  

    路面附着系数是影响自动驾驶系统决策控制策略的重要因素。为实现对道路附着系数前瞻性的高精度感知,本文基于车载激光雷达设计了一种新的路面附着系数估计方法。首先采集了干燥柏油路面、混凝土路面、湿滑柏油路面、结冰路面和积雪路面构建道路数据集;基于使用布料模拟滤波和RANSAC算法进行了道路点云提取、基于高斯滤波去除反射率异常噪点;根据点云反射率随距离和入射角变化的规律将路面划分为不同区域分别提取特征;基于深度神经网络构建了道路识别模型,并基于采集数据集进行了训练,最后基于路面材质和峰值附着系数的统计经验确定了前方道路的附着系数。测试结果表明,本文提出的算法道路类型辨识精度超过99.3%,算法平均运行周期55 ms,可实现实时高精度的路面峰值附着系数估计。

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    人机共驾型车道保持鲁棒控制
    章军辉,郭晓满,刘禹希,郑明强,钱宇晗,丁羽璇
    2024 (10):  1853-1862.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.012
    摘要 ( 113 )   HTML ( 4 )   PDF(5413KB) ( 94 )  

    为更好地让共驾型车道保持控制系统能够预判驾驶人的转向行为,本文提出了一种间接式共驾型车道保持鲁棒控制算法。首先引入了仿驾驶人转向行为的驾驶人转向模型,并采用免疫遗传(immune genetic algorithm, IGA)算法对驾驶人转向模型参数进行离线辨识,建立了驾驶人在环的线性时变人-车-路模型;其次考虑到复杂工况下道路曲率扰动、线性模型适配不足的缺陷以及模型参数的时变特性等因素,基于T-S模糊控制理论设计了输出反馈γ次优H鲁棒控制器;再次综合考虑驾驶人转向行为、车辆横向综合偏差情况等因素,设计了一种人机控制权分配策略,用以实现驾驶控制权的平稳动态分配;最后基于驾驶人在环的集成平台对该鲁棒控制算法进行了验证与探讨。结果表明采用该人机控制权分配策略的鲁棒控制算法具有较好的扰动抑制作用,且能够有效增强共驾过程中的合作程度,提升了人机协作的友好性。

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    基于图卷积交互网络的车辆轨迹预测方法
    王梦茜,蔡英凤,王海,饶中钰,陈龙,李祎承
    2024 (10):  1863-1872.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.013
    摘要 ( 139 )   HTML ( 15 )   PDF(2737KB) ( 135 )  

    精确预测邻近车辆的未来轨迹对自动驾驶汽车的决策和运动规划至关重要,现有研究倾向于利用递归神经网络(RNN)对车辆的时间交互进行建模,但其对车辆交互建模的可解释性差,忽略了实际的车道结构,在捕捉车辆与其环境的交互方面存在不足。为解决这一问题,本文提出了一种基于图卷积交互网络的考虑车道拓扑约束的车辆轨迹预测模型。其中车辆交互关系提取模块在构建车辆的空间关系时增加了边缘权重,以考虑车辆的邻近交互,使交互更具可解释性;行驶场景表征模块旨在通过从高精地图中提取车道拓扑来提高车辆轨迹预测的准确性;轨迹预测模块将上述两个模块的输出进行集成,并输出预测的未来轨迹。这种集成允许对道路结构和车辆行驶轨迹之间的相互作用进行更精确的建模。实验结果表明,与主流方法相比,该模型在Argoverse数据集上取得了良好的性能,提高了复杂道路结构下车辆轨迹规划的准确性和合理性。

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    基于工况识别的纯电动汽车2DCT换挡策略研究
    曹志鹏,陈勇,贺伯林,肖森,高炳钊,殷学冰
    2024 (10):  1873-1885.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.014
    摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF(9432KB) ( 41 )  

    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。

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    动力电池包局部复式模组热均匀性分析
    梁宏毅,黄朴,刘万里,陈吉清,莫丙达
    2024 (10):  1886-1896.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.015
    摘要 ( 74 )   HTML ( 9 )   PDF(5446KB) ( 112 )  

    乘用车动力电池包的模组布置方式通常具有单层布置、复式布置和局部复式布置3种不同的形式。局部复式布置结合了其他两种方式的特点,应用较为广泛。然而,通过对电动汽车火灾事故的研究发现,采用局部复式布置的电池包在自燃事故中所占比例较高,这表明该布置方式可能会对电池模组的热均匀性产生不利影响。鉴于此,本文选取了一款采用局部复式布置的电动汽车电池包作为研究对象,建立了电池包三维数值模型,并通过实验数据与仿真结果进行比较,验证了模型的准确性。利用经验证的模型,通过数值计算方法分析了电池包在快充及3种放电速率下的模组温度分布特征,揭示了局部复式布置模组在这些工况下的热均匀性,尤其是局部复式模组中双层模组的温度差异比单层模组更大。此外,探讨了冷却液入口温度和流速分别对模组热均匀性的影响。研究发现:试图降低冷却液入口温度来改善模组热均匀性的效果有限;而增大冷却液入口流速只能在高放电速率工况下减小模组温度差异,在低放电速率工况下的影响不明显。本研究为局部复式模组的电池热管理系统开发和设计提供了有意义的参考。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多维度多尺度特征的锂离子电池RUL估计方法
    张秋艳,程泽,刘旭
    2024 (10):  1897-1903.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.016
    摘要 ( 82 )   HTML ( 2 )   PDF(2734KB) ( 62 )  

    准确预测锂离子电池的剩余使用寿命(RUL)对储能系统的高效安全运行具有重要意义。针对已有数据驱动方法估计RUL中提取老化特征不够全面以及需要先预测健康状态变化再估计RUL的不足,本文提出一种利用多维度多尺度特征的RUL估计方法,采用恒流充电电压片段数据直接估计电池的RUL。该模型对数据进行维度变换后利用不同尺度卷积操作提取电压片段的老化特征来映射RUL。基于牛津大学、NASA、马里兰大学公开数据集进行模型验证,验证结果表明该模型能够利用电压片段数据直接估算电池的RUL,无需电池自身SOH变化作为训练数据,对比于基于单一维度的固定尺度的特征具有更高的准确性和通用性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    面向汽车安全的中国体征50th百分位男性乘员生物力学模型开发及验证
    李海岩,慕鹏飞,王彦鑫,冉令华,崔世海,贺丽娟,吕文乐,阮世捷
    2024 (10):  1904-1919.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.017
    摘要 ( 97 )   HTML ( 10 )   PDF(11164KB) ( 104 )  

    汽车安全领域的智能化和数字化发展都急需能代表真实人体特征的生物力学计算模型。本文以最新中国成年人人体尺寸标准为依据,开发具有自主知识产权的50th百分位中国男性体征汽车乘员生物力学模型(TUST IBMs M50-O)。通过重构3组正面钝性冲击、5组侧面钝性冲击和3组整人滑车尸体及志愿者试验,模拟C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验,多角度、全方位验证所开发模型的有效性及应用价值。结果表明:11组重构试验数据均在相应的尸体及志愿者试验通道内,平均差异在10%左右,验证了模型的有效性。TUST IBMs M50-O与WorldSID 50th假人模型在侧面碰撞中的运动趋势相同,但TUST IBMs M50-O模型上肢对胸部的挤压,使得胸椎T4和T12质心合成加速度峰值达到43.5g和47.3g,高于WorldSID 50th模型峰值38.5g和41.2g。同时,TUST IBMs M50-O模型也从应力应变角度评估人体组织层面的损伤风险。综上,TUST IBMs M50-O模型展现了类似真实人体的高生物逼真度,可用于组织层面的损伤机理研究,也可为智能汽车安全防护装置及智能高端装备领域产品研发、汽车虚拟测评提供可靠的计算工具和技术支撑。

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    AEB工况下驾驶员姿态对损伤风险的影响
    韩勇,张悦苁,李明旺,潘迪,张海洋
    2024 (10):  1920-1927.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.018
    摘要 ( 106 )   HTML ( 6 )   PDF(1995KB) ( 92 )  

    有无紧急制动(AEB)的正面碰撞工况中驾驶员姿态对运动学响应及损伤风险具有重要影响。本文采用THUMS(Ver.6.1)人体有限元模型建立了标准、后仰和前倾等3种驾驶姿态,搭建了正面碰撞约束系统模型,进行了6组50 km/h的仿真实验,对比分析驾驶员不同姿态在有和无AEB作用下的运动学响应以及驾驶员头、胸部损伤参数。结果表明:在有和无AEB介入时,后仰姿态的头部损伤风险均最高,其中有和无AEB介入的HIC15分别为817.5和626.9。AEB的介入对驾驶员胸部压缩量影响最大,3种姿态的胸部压缩量分别增大了89%、115%和22%,后仰姿态胸部压缩量损伤最严重。研究结果厘清了驾驶姿态与AEB对驾驶员运动学响应以及头、胸部损伤的影响,为汽车约束系统和AEB的开发与设计提供了参考价值。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    四凸极液冷电磁缓速器数值模拟与实验研究
    张凯,白家晗,陈立强,卢阳阳,董伟琰,牛继高
    2024 (10):  1928-1936.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.10.019
    摘要 ( 73 )   HTML ( 3 )   PDF(63414KB) ( 61 )  

    为解决中重型车辆长下坡时因主制动器频繁工作导致其制动效能严重衰退问题,提出一种四凸极液冷电磁缓速器结构。建立车辆下坡动力学模型分析制动需求,采用等效磁路法对其制动力矩进行计算,使用有限元法对其制动特性进行数值分析。利用分级变论域模糊控制策略结合缓速器进行车辆下坡时的制动控制,使用MATLAB/Simulink建立控制器和整车长下坡制动模型并进行联合仿真。设计了2 100 N·m样机,通过台架实验和车载道路实验对样机制动特性进行测试,实际测量值与分析计算值基本一致,平均误差在5%内,在转速为1 250 r/min时制动力矩可达2 200 N·m,满足中重型车辆制动需求。

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