汽车稳定性控制轮胎力与整车运动状态动态耦合特性研究

汽车动力学稳定性精确控制干预的实现依赖于对轮胎力的精细调节。复杂非线性联合滑移区域内，轮胎处于动态载荷输入和时变滑移率状态，四个动力学特征各异的轮胎纵向力按照各自传递特性耦合作用到整车运动中，对某一轮胎力的精确调控则涉及到各轮胎力与整车运动的耦合作用机制以及解耦控制的实现等难题。本项目引入一种基于轮胎稳态动力学模型的轮胎力模型预测增量控制（WMPIC）方法，探索解决在低附路面上现有汽车稳定性反馈控制中因增量幅度振荡引致的侧滑问题，并就该难题展开以下基础研究：（1）从系统角度研究调控车轮轮胎力增量控制对其他车轮侧偏特性的耦合影响，以及共同引起车轴侧滑和整车失稳的轮胎力调控判据；（2）建立调控车轮轮胎力增量控制与整车运动状态动态耦合模型，并对模型简化；（3）探索综合考虑稳定性与控制效率的联合滑移区域内轮胎力模型预测增量控制策略。本研究将为汽车稳定性控制向非线性联合滑移区域有效拓展奠定基础。

根据项目研究计划，重点对汽车稳定性控制过程中轮胎力的传感特性、轮胎姿态和整车状态测试等开展研究，并就汽车稳定性控制中的轮胎侧偏特性、变形转向等关键动力学参数给出了系统可行的测试模型和方法。对汽车稳定性控制过程中轮胎力和整车运动状态之间的动态耦合特性进行了测试和分析建模。主要研究工作如下：.在轮胎力传感特性方面：.（1）基于Abaqus软件搭建了某乘用车轮胎胎体、改制轮辋和弹性体的测力车轮仿真平台。基于该平台可实现纯滚动、驱动/制动、侧偏等工况下的仿真测试，为测力车轮结构优化设计和综合性能评价提供了有效手段。设计制作了WFT样机。.（2）研究轮胎力传感器质量对测量精度和整车稳定性影响。结果表明：弹性体基频振动中变形梁的拉伸和弯曲变形，以及垂直运动惯性力形成的附加变形梁拉压变形是形成WFT系统测试误差的主要因素；WFT安装后会改变整车的稳定性，如增大质心侧偏角和横摆角速度的超调量，增加系统延时等。.（3）以提高测试精度为目标，提出基振频率和综合灵敏度为目标的结构优化方法。结果表明：弹性体与改制轮辋间采用连接块方式较连接座方式，基振频率提高65.5%，且主通道灵敏度高；连接块方式下弹性体与改制轮辋间的连接孔数目为16时综合性能最优；在满足弹性体机械强度要求下，应尽量增加变形梁的厚度和长度，选择小截面、长度较长的变形梁。该研究为WFT结构优化设计提供了依据。.在轮胎姿态和整车状态测试方面：.（1）汽车侧倾转向角和变形转向角合称附加转向角,基于实车数据分析建立 SVR附加转向角预测模型；提出一种基于直接视觉测量转向轮转角和车身姿态的轮胎侧偏角测试方法。轮胎姿态是汽车稳定性控制系统实时确定整车转向特性的关键，研究拓展了极限工况下轮胎姿态精确观测方法。.（2）搭建了由车身位置姿态模块、汽车稳定性控制器模块和CAN节点数据采集模块组成的低附路面试验测试系统；采用虚拟实时控制器实现了考虑路面等级的基于加速度信号的汽车悬架位移的实时测量；构建了基于ESP控制信息的道路坡度实时预测支持向量机（SVM）模型。研究对提高轮胎力预估和控制精度提供了有效手段。.围绕研究培养研究生6名；已发表期刊论文8篇，其中SCI收录1篇，EI JA收录7篇；申请发明专利5项，现均处实审阶段；授权软件著作权7项。