在進(jìn)行底盤動(dòng)力學(xué)開發(fā)時(shí)，能夠得知輪胎在特定工況下每一個(gè)時(shí)刻的輪胎附著極限的信息（本文中稱為輪胎性能裕度）至關(guān)重要，特別是對車輛動(dòng)力學(xué)相關(guān)電控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，得知輪胎性能裕度可以極大程度方便控制參數(shù)的調(diào)教與算法評價(jià)，并且對車輛的即將失穩(wěn)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。
在VI-CarRealTime中，提供了專門的增強(qiáng)功能VI-TireLimits對動(dòng)態(tài)仿真過程中的輪胎性能極限進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，并且和輪胎當(dāng)前受力狀態(tài)進(jìn)行比較，得到輪胎性能裕度。
技術(shù)原理
（TireLimits示意圖）
在VI-TireLimits功能被激活時(shí)，將根據(jù)當(dāng)前工況的載荷和輪胎外傾角計(jì)算得到輪胎的附著極限（如上圖所示的輪胎附著力橢圓），然后與由輪胎模型輸出的輪胎側(cè)向力和縱向力進(jìn)行比較，通過計(jì)算，輸出三個(gè)通道的輪胎性能裕度，分別是：marginLat側(cè)向力裕度；marginLon縱向力裕度；margin總附著力裕度（附著力橢圓曲線上距離當(dāng)前工況點(diǎn)的最近距離），并且輸出以上三個(gè)附著極限對應(yīng)的輪胎縱向滑移率、側(cè)偏角、最大側(cè)向附著力、最大縱向附著力。
可以輸出的信號包括：輪胎性能裕度：
-
margin，剩余輪胎抓地力
-
marginLon，剩余最大縱向輪胎抓地力
-
marginLat，剩余最大側(cè)向輪胎抓地力
最近的合成附著力工況點(diǎn)：
-
closest_LonSlip，最近輪胎極限的滑移率
-
closest_LatSlip，最近輪胎極限的側(cè)偏角
-
closest_LonForce，最近輪胎極限的縱向力
-
closest_LatForce，最近輪胎極限的側(cè)向力
最近的縱向附著力工況點(diǎn)，主要說明在維持當(dāng)前側(cè)向力不變的情況下，縱向力的裕度情況：
-
closestLon_LonSlip，維持當(dāng)前側(cè)向力下，極限滑移率
-
closestLon_LatSlip，維持當(dāng)前側(cè)向力下，極限側(cè)偏角
-
closestLon_LonForce，維持當(dāng)前側(cè)向力下，縱向力極限
-
closestLon_LatForce，同當(dāng)前側(cè)向力
最近的側(cè)向附著力工況點(diǎn)，主要說明在維持當(dāng)前縱向力不變的情況下，側(cè)向力的裕度情況：
-
closestLat_LonSlip，維持當(dāng)前縱向力下，極限滑移率。
-
closestLat_LatSlip，維持當(dāng)前縱向力下，極限側(cè)偏角。
-
closestLat_LonForce，同當(dāng)前縱向力
-
closestLat_LatForce，維持當(dāng)前縱向力下，側(cè)向力極限
（在VI-CRT中激活TireLimits）
為了得到每個(gè)工況的輪胎附著力極限，VI-TireLimits將根據(jù)用戶在上圖所示的操作界面輸入的載荷及車輪外傾角范圍，以及側(cè)偏角和滑移率范圍計(jì)算得到輪胎性能極限的Map，作為計(jì)算輪胎性能裕度的依據(jù)。此時(shí)用戶需要輸入足以覆蓋所有工況的輪胎載荷和外傾角范圍，并且設(shè)置合理的Step，確保在后續(xù)插值計(jì)算時(shí)具有足夠的精度；而Lateral Slip和Longitudinal Slip的范圍則應(yīng)確保覆蓋到最大側(cè)向力和最大縱向力對應(yīng)的滑移率和側(cè)偏角，并且設(shè)置合適的Step。
(VI-TireTestrig進(jìn)行輪胎側(cè)向力分析)
在進(jìn)行此項(xiàng)操作前，用戶可以使用VI-CarRealTime的TireTestrig插件，加載輪胎模型文件，對輪胎力進(jìn)行分析，確定最大側(cè)向力和最大縱向力對應(yīng)的滑移率和側(cè)偏角范圍。
應(yīng)用范例
VI-TireSrub輪胎特性增強(qiáng)：
（不同設(shè)置下的TireSrub效應(yīng)）
研究和測試表明，接近輪胎側(cè)向力極限時(shí)，輪胎與地面之間的附著處于動(dòng)摩擦與靜摩擦不斷切換的狀態(tài)，將會(huì)引起側(cè)向力的波動(dòng)（如上圖所示），盡管這種高頻的側(cè)向力波動(dòng)對車輛操控性能幾乎沒有影響，但是通過齒輪齒條轉(zhuǎn)向傳遞到方向盤造成的轉(zhuǎn)向力矩波動(dòng)是駕駛員判斷車輛極限狀態(tài)的重要依據(jù)。
而這種特性在動(dòng)力學(xué)仿真(操穩(wěn)取向)所使用的輪胎模型中并沒有體現(xiàn)（例如Pacejka輪胎模型和MF-Tyre輪胎模型等），為了在VI-grade的駕駛模擬器中還原這種特殊的轉(zhuǎn)向回饋，VI-grade技術(shù)團(tuán)隊(duì)決定在直接對輪胎的側(cè)向力輸出通道進(jìn)行處理，以保證模型運(yùn)行的穩(wěn)定性。
VI-TireSrub增強(qiáng)功能是基于VI-TireLimits實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的marginLat輪胎側(cè)向力裕度，以及設(shè)定的特征參數(shù)，在根據(jù)原輪胎模型計(jì)算得到的側(cè)向力基礎(chǔ)上添加均值為0的正弦信號擾動(dòng)。用戶可以設(shè)定輪胎側(cè)向力裕度、載荷、縱向滑移率、車輪轉(zhuǎn)速對于側(cè)向力正弦擾動(dòng)出現(xiàn)早晚、幅值、波動(dòng)頻率的影響，以獲得合適的效果。
（在VI-CRT中設(shè)置TireSrub）
在VI-CarRealTime中，VI-TireSrub增強(qiáng)功能被封裝成dll動(dòng)態(tài)鏈接庫，通過Auxiliary Subsystem選中進(jìn)行添加，直接與車輛動(dòng)力學(xué)模型和輪胎模型進(jìn)行交互，可以被應(yīng)用于離線仿真和駕駛模擬器在線仿真。
Torque Vectoring控制策略開發(fā)：
單軸雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)或四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，往往使用Torque Vectoring扭矩矢量控制技術(shù)，改變內(nèi)外側(cè)及前后軸車輪扭矩分配比例，使得作用于車輛質(zhì)心的附加橫擺力矩改變，從而極大程度地改變車輛的轉(zhuǎn)向特性以及提高車輛的穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。
Torque Vectoring控制策略的開發(fā)過程中，必須注意的問題是要避免使得某個(gè)車輪在被施加驅(qū)動(dòng)扭矩或制動(dòng)扭矩時(shí)超過車輪的附著極限，否則將會(huì)使得車輛失穩(wěn)或輪胎過度磨損，同時(shí)還應(yīng)盡可能利用車輪附著力極限，提高Torque Vectoring的作用效果。而VI-CarRealTime的Simulink接口可以實(shí)時(shí)輸出各項(xiàng)輪胎裕度信號，方便評估算法或控制算法的訪問。
(典型的Torque Vectoring策略框圖)
如上圖所示(摘自IEEE Transactions on Vehicular Technology.Comparison of Feedback Control Techniques for Torque-Vectoring Control of Fully Electric Vehicles)是一種典型的Torque Vectoring控制策略軟件在環(huán)仿真的框架圖，Driveability Controller部分需要根據(jù)車輛的操控性極限（通常是電機(jī)最大可輸出扭矩以及車輪附著極限）對目標(biāo)橫擺角速度和車輪的扭矩需求指令進(jìn)行校核，確保車輛不出現(xiàn)失穩(wěn)。
傳統(tǒng)的方法是使用線性的附著系數(shù)或者簡單的附著橢圓Map作為車輪附著極限的參考，并不能夠覆蓋實(shí)際運(yùn)行工況中由于載荷轉(zhuǎn)移和底盤KC特性引起車輪外傾角變化帶來的附著極限的顯著改變，將會(huì)使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性或極限性能受到制約。而此時(shí)若使用由VI-TireLimits輸出的marginLon, marginLat, margin通道作為評判車輪狀態(tài)的依據(jù)，將會(huì)為控制策略的開發(fā)者提供更加準(zhǔn)確的邊界條件，達(dá)到更快地控制策略迭代效率，從而確定最佳的控制參數(shù)。
有關(guān)VI-grade的更多信息，請?jiān)L問www.vi-grade.com
聯(lián)系我們
VI-grade中國區(qū)總經(jīng)理：周百旺
Email: baiwang.zhou@vi-grade.com
聯(lián)絡(luò)座機(jī)：+86 4008629688
聯(lián)絡(luò)手機(jī)：+86 15855965900
VI-grade官方網(wǎng)站：
https://www.vi-grade.com/
關(guān)注我們的微信公眾號
廣告
廣告 
