Математична модель взаємодії колеса з дорогою в складі комплексної моделі електромобіля
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-2-3Ключові слова:
електромобіль, динаміка електромобіля, взаємодія колеса з дорогою, коефіцієнт зчеплення, коефіцієнт буксування, модель Буркгардта, імітаційне моделюванняАнотація
Мета роботи. Метою роботи є розроблення комплексу математичних моделей взаємодії колеса з дорожнім покриттям у складі комплексної моделі електромобіля для дослідження розгону, гальмування, повороту, перерозподілу навантажень між осями і колесами та аналізу ефективності алгоритмів керування тяговим електроприводом у типових і граничних режимах руху.
Методи дослідження. Використано положення теоретичної механіки, динаміки транспортних засобів, теорії електропривода, математичного моделювання, а також емпіричні залежності для опису зчеплення шини з опорною поверхнею. Для визначення сил у плямі контакту застосовано емпіричну модель Буркгардта, а рух електромобіля описано в межах моделі плоского руху з урахуванням поздовжнього і поперечного перенесення навантаження, зміни нормальних реакцій та ковзання коліс.
Отримані результати. Сформовано узгоджений комплекс моделей, який дає змогу визначати реакції в контакті колеса з дорогою та оцінювати вплив коефіцієнта зчеплення, буксування, швидкості руху, вертикального навантаження і режиму керування на поведінку електромобіля. Показано можливість відтворення руху на сухому, вологому та слизькому покритті й аналізу умов втрати зчеплення, зниження керованості та погіршення реалізації тягового або гальмівного моменту. Модель дає змогу порівнювати режими роботи ведучих коліс, оцінювати чутливість системи до параметрів дороги та використовувати результати для синтезу алгоритмів обмеження проковзування, перерозподілу моментів і підвищення курсової стійкості. Результати придатні для формування параметрів подальших досліджень, перевірки логіки керування та попередньої оцінки енергетичної ефективності системи.
Наукова новизна. Наукова новизна полягає в інтеграції моделі колеса, емпіричного опису шинно-дорожньої взаємодії та моделі плоского руху електромобіля в єдину узгоджену математичну схему, придатну для дослідження індивідуального електропривода коліс і режимів обмеженого зчеплення.
Практична цінність. Практична цінність полягає у можливості використання розробленого комплексу моделей як основи для створення розрахунково-випробувального стенда дослідження систем керування тягою, антибуксувального й антиблокувального керування, рекуперативного гальмування та рішень Smart Drive для електромобілів у різних дорожніх умовах експлуатації.
Посилання
Pacejka, H. B. (2012). Tire and Vehicle Dynamics. Oxford: Butterworth-Heinemann. DOI: 10.1016/C2010-0-68548-8.
Gillespie, T. D. (2021). Fundamentals of Vehicle Dynamics (Revised ed.). Warrendale: SAE International. DOI: 10.4271/R-506.
Rajamani, R. (2012). Vehicle Dynamics and Control (2nd ed.). New York: Springer. DOI: 10.1007/978-1-4614-1433-9.
Wong, J. Y. (2022). Theory of Ground Vehicles (5th ed.). Hoboken: John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9781119719984.
Canudas-de-Wit, C., Tsiotras, P., Velenis, E., Basset, M., & Gissinger, G. (2003). Dynamic Friction Models for Road/Tire Longitudinal Interaction. Vehicle Sys-tem Dynamics, 39(3), 189–226. DOI: 10.1076/vesd.39.3.189.14152.
Burckhardt, M. (1993). Fahrwerktechnik: Radschlupf-Regelsysteme. Würzburg: Vogel Verlag.
Miller, J. I., & Cebon, D. (2016). Tyre curve estima-tion in slip-controlled braking. Proceedings of the In-stitution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 230(3), 332–351. DOI: 10.1177/0954407015585934.
Xia, X., Xiong, L., Sun, K., & Yu, Z. P. (2016). Esti-mation of Maximum Road Friction Coefficient Based on Lyapunov Method. International Journal of Automotive Technology, 17(6), 991–1002. DOI: 10.1007/s12239-016-0097-7.
Garcia-Pozuelo, D., Olatunbosun, O., Palli, G., Strano, S., Terzo, M., & Tordela, C. (2022). Estimation of tire-road contact forces through a model-based ap-proach employing strain measurements. Meccanica, 57(8), 1801–1829. DOI: 10.1007/s11012-022-01548-y.
Zou, Z., Zhang, X., Zou, Y., & Lenzo, B. (2021). Tire-Road Friction Coefficient Estimation Method Design for Intelligent Tires Equipped with Three-Axis Accel-erometer. SAE International Journal of Vehicle Dy-namics, Stability, and NVH, 5(3), 249–258. DOI: 10.4271/10-05-03-0017.
Ding, X., Wang, Z., & Zhang, L. (2021). Hybrid Con-trol-Based Acceleration Slip Regulation for Four-Wheel-Independent-Actuated Electric Vehicles. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 7(3), 1976–1989. DOI: 10.1109/TTE.2020.3048405.
Shi, Q., Wang, M., He, Z., Yao, C., Wei, Y., & He, L. (2022). A Fuzzy-based Sliding Mode Control Ap-proach for Acceleration Slip Regulation of Battery Electric Vehicle. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 35, 72. DOI: 10.1186/s10033-022-00729-w.
Kang, S., Chen, J., Qiu, G., & Tong, H. (2023). Slip Ratio Adaptive Control Based on Wheel Angular Ve-locity for Distributed Drive Electric Vehicles. World Electric Vehicle Journal, 14(5), 119. DOI: 10.3390/wevj14050119.
Quan, L., Chang, R., & Guo, C. (2023). Vehicle State and Road Adhesion Coefficient Joint Estimation Based on High-Order Cubature Kalman Algorithm. Applied Sciences, 13(19), 10734. DOI: 10.3390/app131910734.
Park, J. Y., & Na, S. (2023). Development of Real-Time Estimator on Maximum and Present Tire Grip for Direct Yaw Moment Control. International Journal of Automotive Technology, 24(4), 1223–1234. DOI: 10.1007/s12239-023-0100-z.
Bi, J., Han, Y., Hou, M., & Wang, C. (2024). Adap-tive Second-Order Sliding Mode Wheel Slip Control for Electric Vehicles with In-Wheel Motors. World Electric Vehicle Journal, 15(11), 538. DOI: 10.3390/wevj15110538.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 O.H. Nesterenko, T.Yu. Kunchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
