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VI-CarRealTime TireLimits助力車輛極限性能開發(fā)

2025-11-06 18:40:04·  來源：VIgrade  
　
在進行底盤動力學開發(fā)時，能夠得知輪胎在特定工況下每一個時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，特別是對車輛動力學相關(guān)電控系統(tǒng)進行開
在進行底盤動力學開發(fā)時，能夠得知輪胎在特定工況下每一個時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，特別是對車輛動力學相關(guān)電控系統(tǒng)進行開發(fā)時，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，并且對車輛的即將失穩(wěn)的狀態(tài)進行預測。
在VI-CarRealTime中，提供了專門的增強功能VI-TireLimits對動態(tài)仿真過程中的輪胎性能極限進行實時計算，并且和輪胎當前受力狀態(tài)進行比較，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，將根據(jù)當前工況的載荷和輪胎外傾角計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)向力和縱向力進行比較，通過計算，輸出三個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前工況點的最近距離），并且輸出以上三個附著極限對應的輪胎縱向滑移率、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：
  • 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，主要說明在維持當前側(cè)向力不變的情況下，縱向力的裕度情況：
  • closestLon_LonSlip，維持當前側(cè)向力下，極限滑移率
  • closestLon_LatSlip，維持當前側(cè)向力下，極限側(cè)偏角
  • closestLon_LonForce，維持當前側(cè)向力下，縱向力極限
  • closestLon_LatForce，同當前側(cè)向力
最近的側(cè)向附著力工況點，主要說明在維持當前縱向力不變的情況下，側(cè)向力的裕度情況：
  • closestLat_LonSlip，維持當前縱向力下，極限滑移率。
  • closestLat_LatSlip，維持當前縱向力下，極限側(cè)偏角。
  • closestLat_LonForce，同當前縱向力
  • closestLat_LatForce，維持當前縱向力下，側(cè)向力極限
（在VI-CRT中激活TireLimits）
為了得到每個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算得到輪胎性能極限的Map，作為計算輪胎性能裕度的依據(jù)。此時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)插值計算時具有足夠的精度；而Lateral Slip和Longitudinal Slip的范圍則應確保覆蓋到最大側(cè)向力和最大縱向力對應的滑移率和側(cè)偏角，并且設(shè)置合適的Step。
(VI-TireTestrig進行輪胎側(cè)向力分析)
在進行此項操作前，用戶可以使用VI-CarRealTime的TireTestrig插件，加載輪胎模型文件，對輪胎力進行分析，確定最大側(cè)向力和最大縱向力對應的滑移率和側(cè)偏角范圍。
應用范例
VI-TireSrub輪胎特性增強：
（不同設(shè)置下的TireSrub效應）
研究和測試表明，接近輪胎側(cè)向力極限時，輪胎與地面之間的附著處于動摩擦與靜摩擦不斷切換的狀態(tài)，將會引起側(cè)向力的波動（如上圖所示），盡管這種高頻的側(cè)向力波動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)。
而這種特性在動力學仿真(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)團隊決定在直接對輪胎的側(cè)向力輸出通道進行處理，以保證模型運行的穩(wěn)定性。
VI-TireSrub增強功能是基于VI-TireLimits實現(xiàn)的，根據(jù)實時計算得到的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。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)向力正弦擾動出現(xiàn)早晚、幅值、波動頻率的影響，以獲得合適的效果。
（在VI-CRT中設(shè)置TireSrub）
在VI-CarRealTime中，VI-TireSrub增強功能被封裝成dll動態(tài)鏈接庫，通過Auxiliary Subsystem選中進行添加，直接與車輛動力學模型和輪胎模型進行交互，可以被應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)：
單軸雙電機驅(qū)動或四輪獨立驅(qū)動的電動汽車，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)定性和機動性。
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車輪在被施加驅(qū)動扭矩或制動扭矩時超過車輪的附著極限，否則將會使得車輛失穩(wěn)或輪胎過度磨損，同時還應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接口可以實時輸出各項輪胎裕度信號，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（通常是電機最大可輸出扭矩以及車輪附著極限）對目標橫擺角速度和車輪的扭矩需求指令進行校核，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，并不能夠覆蓋實際運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，將會使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性或極限性能受到制約。而此時若使用由VI-TireLimits輸出的marginLon, marginLat, margin通道作為評判車輪狀態(tài)的依據(jù)，將會為控制策略的開發(fā)者提供更加準確的邊界條件，達到更快地控制策略迭代效率，從而確定最佳的控制參數(shù)。



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