考虑胎体变形的摩擦系数估计

【摘要】现如今，在轮胎内部安置传感器的方法引起了国内外的越来越多的关注。此时，胎内传感器相比于车身传感器来说，同轮胎的空间距离已达到最小，也就能够更精确地感知轮胎的运动条件、动态特性及路面的附着特性。而怎样利用传感器的输出信息解译出这些量就变成了一个难点和重点。就轮胎—路面摩擦系数来说，现有研究在得到相应的轮胎力信息后，多数利用基于刷子模型的估计器得到，该估计器形式简单，运算方便，但在滑移区所占比例较小时，所得到的摩擦系数估算值并不可取。因此本文旨在寻找新的摩擦系数估计器，以便更加准确地进行估算。全文共分为以下几章：第1章为绪论，主要介绍了相关课题的背景及意义。并详细介绍了目前存在的估算摩擦系数的两种主流方法：基于力—滑移率曲线的方法及基于轮胎力进行估算的方法，比较了两种方法的各自的优劣。同时提出了本文的结构布局及章节安排。第2章为全文的基础内容，即以胎内传感器为前提，以胎体变形信息为基础，得到了相应的轮胎力。首先，用有限元分析软件Abaqus获取到胎体变形及相应的轮胎力信息，可直观表象地的看出轮胎力与变形的关系。然后，用TreadSim轮胎模型得到特定工况下的胎体变形信息及相应的轮胎力信息。第3章详细介绍了刷子模型，引入“刷子估计器”，由该估计器和上一章中获得的轮胎力及回正力矩进行摩擦系数估算。通过仿真分析得到，滑移区比例较大时估算结果较佳，但所占比例较小时，不但估算结果较差，且出现了“奇异”值。另外，从刷子模型理论角度对这一现象进行了解释。第4章介绍了考虑胎体弹性的刷子模型，建立了“弹性胎体估计器”。仿真分析发现，该估计器的估算结果要优于刚性胎体假设的“刷子估计器”，还可避免其中的“奇异”值。第5章考虑到安装在实车上的轮胎并不是直立的，会有外倾角的存在。另外，不同的悬架位姿下，除外倾角变化，轮胎的载荷也会发生变化。此时根据胎体变形得到的轮胎力耦合了轮胎侧倾力。本章首先在Adams/Car中建立了悬架轮胎模型，得到了相应悬架位姿下的轮胎的外倾角及轮胎载荷。以此为基础，利用TreadSim轮胎模型得到轮胎力（耦合了轮胎侧倾力），利用“弹性胎体估计器”进行估计；解耦外倾力后进行同样的计算。仿真发现，大外倾角时，解耦后的摩擦系数估算值虽优于未解耦的估算值，但仍有提升空间。由于在滑移区比例较小时，第3、4章中的估计器估算结果不如意，在第6章中对动态LuGre轮胎模型进行了初步研究。本章推导了考虑胎体弹性的LuGre轮胎模型。通过理论分析，得出该模型滑动的概念存在于接地印迹上除前端点外的所有点，就有可能利用它避免滑移区小比例时估算结果的不准确。指出用反映Stribeck效应的量作为摩擦系数估计器的潜力。最后一章为本文的全文总结。
【作者】席平；
【导师】庄晔；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】TreadSim模型；刷子模型；考虑胎体复杂变形的模型；LuGre轮胎模型；

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