基于行驶平顺性和道路友好性的载货汽车悬架参数优化

1引言悬架参数的匹配设计不仅影响汽车的行驶平顺性和操纵稳定性,也直接影响汽车行驶过程中的轮胎动载荷。随着大中型重载卡车保有量的快速增加,汽车行驶时对道路的损伤问题日益突出。研究表明,车辆对道路的损伤主要与轴荷（包括静态和动态轴荷）和轮胎的接地面积有关,其中,轮胎动载荷与悬架设计有直接关系。因此,如何在改善行驶平顺性的同时,尽量控制车辆对道路的损伤,提高车辆行驶的道路友好性,已成为汽车技术研究者关注的问题。     

重型商用车载荷状态动态检测方法及试验研究

基于车辆悬架垂向变形量与车辆垂向载荷的相关关系,通过位移传感器搭建了具有过载保护功能的车辆载荷状态实时动态检测装置,采用经验模态分解法设计开发了用于车辆静态载荷和动态载荷分离的数据处理算法。为了分析构建的车辆状态实时动态检测系统在车辆行驶工况下检测结果的准确性和可靠性,以中国第一汽车厂赛龙载货汽车为试验车,分别在B级平直路面和3种不同的强化路面18种不同运行工况下进行了实车道路对比试验,试验结果表明:车辆在B级平直路面行驶时系统对车辆动态载荷检测误差小于5%;车辆在3种强化路面行驶时系统对车辆动态载荷检测误差小于8%。该系统为车辆载荷状态动态检测提供了一种新方法。     

Simulation Analysis of Heavy-duty Vehicle Dynamic Load under Road Excitation in Time Domain and Spatial Domain

为研究时间和空间频率路面激励下重型车辆动载特性,将车辆的轮胎、钢板弹簧视为柔体,橡胶垫块、限位块简化为具有非线性刚度和阻尼特性的力元,采用多体动力学仿真软件SIMPACK建立刚柔耦合的车辆整车虚拟样机,并采用有理函数功率谱密度的谐波叠加法建立空间域和时域路面激励数学模型,创建一个时域和空间域路面激励下车辆行驶动力学模型,仿真计算了车辆各轴轮胎的法向作用力和车轮法向动栽系数.结果表明:不同车速下,时域和空间域路面激励下得到的轮胎法向作用力的变化规律和大小均不相同,而且轮胎法向作用力最大值出现的位置也不同;中、后轴车轮法向动栽系数变化规律基本相似,但前轴车轮法向动载系数变化规律不同.研究结果可为轮胎动载荷计算、验证、预测提供参考依据.     

工程车辆翻新轮胎承载变形特性

为了进一步明确工程车辆翻新轮胎的力学性能,提高其使用寿命,通过构建工程车辆翻新轮胎计算机几何模型、有限元分析模型、承载变形特性试验系统,对工程车辆翻新轮胎承载变形特性进行有限元分析及试验研究,并与同型号新轮胎进行对比分析,获得静态接地工况下工程车辆翻新轮胎的载荷-变形、载荷-刚度、载荷-压缩率等特性规律,构建26.5R25工程车辆翻新轮胎径向承载变形数学模型。研究结果表明：工程车辆翻新轮胎的径向变形、侧向变形变化规律与新轮胎接近,径向与侧向变形均比同型号新轮胎稍小;当胎压一定时,随着载荷的增加,工程车辆翻新轮胎径向变形呈线性增大,当胎压较低时侧向变形呈线性增大,当胎压较高时侧向变形呈非线性增大;工程车辆翻新轮胎的径向刚度及压缩率受径向载荷和胎压的影响较大,载荷一定时,径向刚度随胎压的增大而增大;胎压一定时,工程车辆翻新轮胎的压缩率随径向载荷的增大而增大,且稍小于同品牌、同型号新轮胎的压缩率;旧胎体的不同老化程度对工程车辆轮胎翻新后的承载-变形特性会产生较大的影响;在低载工况下,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向刚度差异不大,在接近标准载荷及高载工况下,工程车辆翻新轮胎径向刚度较新轮胎大,且随着载荷的增大,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向变形差异不断加大。     

轿车轮胎水滑试验影响因素探究

轮胎水滑作为车辆在雨天行驶工况下的一种常见现象，对道路交通安全有严重的危害。本文分析了水滑现象的产生原理并对轮胎水滑测试方法做了简述。分别对比了车辆牵引力控制系统、车辆载荷、花纹形式及花纹沟深度、轮胎胎压对轮胎水滑程度的影响，研究表明装备牵引力控制系统、更大载荷、装备纵向花纹沟布置且花纹沟体积较大的轮胎、胎压较大的车辆的拥有更高的水滑临界车速。     

基于CDTire的车辆动态载荷提取方法

为了在车辆设计阶段快速有效地排查疲劳耐久问题,建立了基于CDTire的整车动态载荷虚拟路面提取方法,并研究了路面与轮胎对车辆载荷提取与疲劳分析的影响。结合整车动力学模型,应用5款轮胎的CDTire模型,分别在不同频率特性的路面上提取了车辆轮心动态载荷,通过对比载荷时域曲线和伪损伤,分析了不同轮胎对车辆动态载荷的影响。由分析结果可知,乘用车的簧上质量较小,轮胎因素对底盘动态载荷影响较小。     

混凝土搅拌运输车行驶稳定性分析

针对混凝土搅拌运输车在行驶过程中,由混凝土偏心力矩引起整车重心位置变化,从而对车辆的行驶稳定性、车辆两侧轮胎所受载荷及拐弯行驶侧翻临界速度造成的影响进行分析,得到车辆在各种行驶状况下左右轮的承载百分比、车辆在拐弯状况下的侧翻临界速度和安全车速。结果表明：在行驶过程中,右旋搅拌车左右轮胎负荷较均匀;在拐弯半径一定的条件下,左旋车左拐弯最易翻车,右旋车右拐弯次之,拐弯时应在安全车速范围内行驶。     

前轮转角对车辆弯道行驶阻力的影响分析

在开展车辆弯道滑行实验时发现,前轮转角大小对车辆系统停止运动时间有显著的影响,而目前有关车辆行驶阻力的相关研究主要集中在高速时车辆系统的空气阻力和低速时轮胎的滚动阻力,无法揭示前轮转角对弯道车辆行驶阻力的影响.针对这一问题,本文在对单轨车辆模型进行受力分析的基础上,引入轮胎转弯阻力,并进一步分析前轮转角对轮胎转弯阻力的...     

汽车转向轮侧滑量进退双程检测方法

汽车转向轮(以下称前轮)侧滑量检测是汽车综合性能检测和安全性能检测的一项重要内容,对侧滑量检测数据进行分析,能够判断前轮前束与外倾角的匹配情况,进而判断车辆的技术状态。侧滑量的检测数据是否准确受很多因素的影响,如车辆驶过侧滑板的行驶速度和行驶的匀速状态,轮胎的气压,轮胎花纹的磨损程度,胎面的清洁状况,载荷大小和转向节轴颈与轴承的磨损程度等。为确保正确判断车辆的状态,《机动车运行安全技术条件》(GB7258—2004)中规定,     

汽车轮胎的合理使用

详细分析了轮胎气压、轮胎载荷、汽车行驶速度和前轮定位时轮胎寿命的影响。着重介绍了全国正在推广的子午线轮胎在轮胎气压、轮胎载荷、汽年行驶速度和前轮定位等方面的特点。在有关分析的基础上,提出了合理使用汽车轮胎的正确方法。     

爆胎汽车整车运动分析及控制

通过轮胎试验得到GT175/60 R14轮胎在正常胎压及零胎压下的力学特性参数,以此为依据,运用CarS im软件对爆胎汽车进行整车动力学仿真,找出汽车偏航原因,分析驾驶员不同操作所引起的整车运动性能变化以及汽车稳定性控制系统对爆胎汽车的影响。仿真结果表明,稳定性控制系统对于减轻爆胎带来的后果具有积极的作用。     

Effect of vehicle model on the estimation of lateral vehicle dynamics

A methodology is presented for estimating vehicle handling dynamics, which are important to control system design and safety measures. The methodology, which is based on an extended Kalman filter (EKF), makes it possible to estimate lateral vehicle states and tire forces on the basis of the results obtained from sinusoidal steering stroke tests that are widely used in the evaluation of vehicle and tire handling performances. This paper investigates the effect of vehicle-road system models on the estimation of lateral vehicle dynamics in the EKF. Various vehicle-road system models are considered in this study: vehicle models (2-DOF, 3-DOF, 4-DOF), tire models (linear, non-linear) and relaxation lengths. Handling tests are performed with a vehicle equipped with sensors that are widely used by vehicle and tire manufacturers for handling maneuvers. The test data are then used in the estimation of the EKF and identification of lateral tire model coefficients. The accuracy of the identified values is validated by comparing the RMS error between experimentally measured states and regenerated states simulated using the identified coefficients. The results show that the relaxation length of the tire model has a notable impact on the estimation of lateral vehicle dynamics.     

基于图像识别轮胎变形的非接触式车辆称重方法

为了解决接触式车辆称重方法存在的安装和维修成本高、使用年限短、识别精度低等问题,创新性地提出一种基于计算机视觉获取轮胎变形的非接触式车重识别方法。首先,利用视频图像采集装置拍摄车辆轮胎图像信息,通过图像处理技术提取轮胎轮廓,并根据轮廓变形计算轮胎的垂向挠度。其次,通过胎压监测系统(TPMS)获取轮胎的真实胎压值,对于没有安装TPMS的车辆,则可以通过图像字符识别技术读取轮胎侧壁的胎压标识信息,再利用统计回归方式确定实际胎压值。在此基础上,将轮胎垂向挠度和胎压值代入推导的称重公式计算轮胎承受的重量,再将所有轮胎承受重量求和得到车辆总重量。最后,以现场的乘用车和重载货车为例,验证在不同胎压和重量变化下非接触式车辆称重方法的准确性,并对比分析3个称重公式的准确性。研究结果表明:车重识别准确率随着胎压增大而降低,随着车重增大而上升;轮胎刚度拟合公式的载重识别准确率达到95%以上,高于理论推导公式和半经验拟合公式。提出的非接触式车辆称重方法具有测量范围广、无需任何额外传感设备、不用封闭交通和易于信息集成等优势,有效地突破了现有接触式车重识别技术的瓶颈,具有很好的工程应用前景。     

Tire Lateral Force Estimation Using Kalman Filter

As for the tire analysis, lateral tire force is a fundamental factor that describes the stability of vehicle handling. Attempts to analyze the vehicle stability have been made based on various objective test methods and some specific factors such as yaw, lateral acceleration and roll angle. However, the problem to identify which axle is lack of the tire grip at a certain situation still remains. Since indoor tire force measurement system cannot represent a real road and vehicle conditions, tire force measurement through a real vehicle test is inevitable. Due to the high price of the tire force measurement device, tire force estimator can be an alternative toward cost reduction and device failure. In this paper, nonlinear planar full car model combined with tire model is proposed. Then, using discrete-time extended Kalman-Bucy filter (EKBF), individual tire lateral force are estimated with modified relaxation length model.     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

New Model of Tire Overturning Moment Characteristics and Analysis of Their Influence on Vehicle Rollover Behavior

A newly developed tire model for the Overturning Moment (OTM) characteristics and the analysis of the influence of OTM on vehicle rollover behavior are presented. The new OTM model was developed based on the so-called Magic Formula tire model. The concept of the new model involves identifying the difference between the simple model and the measurements to the newly defined functions. It was seen that the new model agrees very well with the measured data over a wide range of tire vertical loads, slip angles and camber angles. The influence of tire OTM on the vehicle rollover behavior was also investigated by using a full vehicle simulation in which a rather large steering angle was input. The results obtained from the vehicle simulation with three different tire models (model without OTM, simple model and new model) were compared with the experimental results. It was found that the calculated result obtained with the new OTM model agreed best with the experiment.     

New Model of Tire Overturning Moment Characteristics and Analysis of Their Influence on Vehicle Rollover Behavior

A newly developed tire model for the Overturning Moment (OTM) characteristics and the analysis of the influence of OTM on vehicle rollover behavior are presented. The new OTM model was developed based on the so-called Magic Formula tire model. The concept of the new model involves identifying the difference between the simple model and the measurements to the newly defined functions. It was seen that the new model agrees very well with the measured data over a wide range of tire vertical loads, slip angles and camber angles. The influence of tire OTM on the vehicle rollover behavior was also investigated by using a full vehicle simulation in which a rather large steering angle was input. The results obtained from the vehicle simulation with three different tire models (model without OTM, simple model and new model) were compared with the experimental results. It was found that the calculated result obtained with the new OTM model agreed best with the experiment.     

基于扩展卡尔曼滤波的汽车质心侧偏角估计

基于二自由度汽车动力学模型和轮胎模型,运用扩展卡尔曼滤波方法建立了汽车质心侧偏角估计器.利用汽车动力学仿真平台,通过仿真对比了线性轮胎模型和非线性轮胎模型的质心侧偏角估计结果.仿真结果表明,轮胎模型对于质心侧偏角估计精度至关重要,而采用非线性轮胎模型能显著提高质心侧偏角估计精度,估计结果能满足ESC控制的要求.     

轴重和胎压对车轮动荷载的影响

为研究重型运输车辆对路面作用的动荷载,建立车辆动力学模型,模型中将簧上质量处理为空载簧上质量与装载质量,将轮胎刚度表示为轴重和胎压的函数。研究了轴重和胎压对车辆动荷载的影响。结果发现,车轮动荷载随着轴重和胎压的增加而增加;动载系数随着胎压的增加而增加,但随着轴重的增加而减小;胎压越高,车轮动载随轴重增加速度越快;仅仅采用轴重不足以评价重载高压车辆对路面的破坏作用,在治理超载的同时也应进一步治理超压：空载车辆对路面的冲击作用较大,不能忽视空载车辆对路面的破坏作用;实际高速运行车辆对路面施加较大的附加动荷载,现有《公路沥青路面设计规范》没有考虑附加动荷载是引起路面结构发生早期破坏的原因之一。     

商用车轮胎花纹对车辆燃油经济性的影响

轮胎作为车辆唯一与地面接触的元件,轮胎状态是整车性能表现关键的一环。轮胎花纹对汽车动力性、操控稳定性、整车舒适性和燃油经济性都存在一定影响。其中,轮胎花纹对燃油经济性的影响主要体现在对轮胎滚阻系数的影响,理清轮胎花纹形式和燃油经济性的关系对整车轮胎选型有着重要的意义。