基于模糊逻辑的无人驾驶车纵向多滑模控制

为实现车速跟踪期望值的控制目标,研究了含有参数和外部干扰等不确定性的无人驾驶车纵向运动控制问题.采用模糊多滑模控制策略设计基于油门与制动的无人驾驶车纵向运动控制算法.该算法利用模糊逻辑调节滑模增益系数,实现了对不确定性和外部干扰的估计和补偿,并利用Lyapunov稳定性分析方法证明了所得闭环系统的稳定性.最后构造油门控制与制动控制的切换策略以保证油门执行器与制动执行器之间的平滑过渡.分析结果表明:该控制算法可克服不确定性和干扰的影响,具有高精度和强鲁棒性.     

驾驶机器人车辆的多模式切换控制EI北大核心CSCD

为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。在此基础上,设计了加速/制动机械腿切换控制器、模糊PID/模糊PID+Bang-Bang车速切换控制器和模糊PID/模糊PID+Bang-Bang转向切换控制器。加速/制动机械腿切换控制器以目标车辆加速度为切换规则,协调控制加速和制动机械腿,车速切换控制器以车速误差作为Bang-Bang控制器的模式决策准则和模糊PID控制器的输入,转向切换控制器以轨迹跟踪侧向误差作为Bang-Bang控制器的模式决策输入,并以当前与下一个控制时刻横摆角速度之差作为模糊PID控制器的输入。仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。     

无人驾驶机器人机械腿模糊监督控制

为实现对无人驾驶机器人机械腿运动的精确控制,提出了一种模糊监督控制方法。通过对驾驶机器人机械腿操纵自动挡汽车油门/制动踏板的运动分析,描述了机械腿各杆件的运动学关系,并建立了机械腿的拉格朗日动力学模型。在此基础上,设计了一种模糊监督控制器,并通过Lyapunov稳定性分析原理,验证了跟踪误差的收敛性,保证了机械腿对位移跟踪的稳定性。模糊监督控制器以机械腿的位移跟踪误差及误差变化率为输入,位移跟踪过程中,实时监测跟踪误差的变化趋势,当误差不超过给定值时,模糊控制器单独作用,当误差超出给定值,采用模糊监督控制器。最后,设计了一种油门/制动机械腿切换控制器,搭建了油门/制动机械腿车速跟踪仿真模型,仿真结果与实车试验数据比较,验证了提出方法的有效性。     

驾驶机器人车辆的多模式切换控制

为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。在此基础上,设计了加速/制动机械腿切换控制器、模糊PID/模糊PID+Bang-Bang车速切换控制器和模糊PID/模糊PID+Bang-Bang转向切换控制器。加速/制动机械腿切换控制器以目标车辆加速度为切换规则,协调控制加速和制动机械腿,车速切换控制器以车速误差作为Bang-Bang控制器的模式决策准则和模糊PID控制器的输入,转向切换控制器以轨迹跟踪侧向误差作为Bang-Bang控制器的模式决策输入,并以当前与下一个控制时刻横摆角速度之差作为模糊PID控制器的输入。仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。     

驾驶机器人车辆动态制动力矩补偿

为了减小长期自动驾驶过程中制动性能下降带来的影响,提出了一种驾驶机器人车辆动态制动力矩补偿方法。首先建立了以车速和制动踏板力为输入,制动力矩为输出的驾驶机器人车辆制动性能离线自学习模型。然后考虑到驾驶机器人车辆长期自动驾驶导致离线自学习模型可靠性下降,建立了以车速和制动踏板力为输入,制动力矩为输出的扩展自回归在线辨识模型,并采用模糊变遗忘因子递推最小二乘法进行参数辨识。模糊变遗忘因子递推最小二乘法通过引入遗忘因子的方式,对数据施加时变加权系数,以避免出现数据增长导致的数据饱和现象。模糊变遗忘因子控制器以制动力矩辨识误差为输入,经模糊规则推理实时输出合适的遗忘因子进行参数辨识,能够有效均衡驾驶机器人车辆制动性能参数辨识的稳定性与收敛速度。驾驶机器人车辆自动驾驶过程中,根据当前车速与目标车速的大小计算出所需的制动力矩,加上反馈回来的制动力矩误差,并结合当前时刻的车速,利用制动性能离线自学习模型与机械腿逆向运动学模型实时计算出制动电机输出位移量,实现对驾驶机器人车辆制动力矩的在线补偿。仿真与试验结果表明:利用所提出的方法对车辆动态制动力矩进行辨识时,通过调节遗忘因子,辨识结果能够快速收敛且辨识误差较小。在此基础上,控制驾驶机器人车辆进行纵向车速跟踪时,能够有效减小制动性能下降造成的影响,保证控制车速跟踪误差在±1km·h-1之内。     

基于带切换增益模糊调节的滑模控制算法的车辆电液制动系统

针对汽车线控电液制动系统建立了单轮车辆模型,研制了一种新的状态观测器对车速进行估算,试验结果表明该方法正确实用.采用切换增益模糊调节的滑模控制算法对非线性时变的车辆实施基于最佳滑移率的制动控制,在Matlab/Simulink中的仿真结果和验证试验都表明在汽车线控制动系统应用该算法是可行、有效的,在该算法的控制下汽车可获得比一般滑模控制更好的制动性能.     

基于滑模自抗扰的电制动系统动态负载模拟

为精准模拟传动系弹性及齿隙作用下电制动系统非线性机械负载,提出了自适应模糊滑模自抗扰的测功机控制算法。首先,针对一款前驱电动汽车,建立融合感应电机模型的车辆及台架机电一体化模型,引入典型正常制动和防抱死制动控制作为测试对象。其次,构建扩张状态观测器估计台架系统未建模动态,以自适应模糊滑模控制测功机实时模拟高度非线性机械负载。最后,开展了制动控制策略台架测试的仿真研究。结果表明:提出的方法可精确模拟电制动系统动态负载,有效提高制动控制算法台架测试精度。     

基于自适应动态滑模控制的智能汽车纵向巡航控制

为消除参数不确定性和外部干扰等因素对智能汽车纵向巡航控制的影响,提出一种基于自适应动态滑模的纵向巡航控制方法.建立以广义纵向力导数项为控制输入的车辆纵向动力学模型,基于反步法构建保证车速与纵向加速度同时收敛于期望值的新型滑模函数;在此基础上,设计了期望广义纵向力的动态滑模控制律,并利用RBF神经网络对控制律中的未知干扰...     

纯电动汽车制动避撞系统的建模与分析EI北大核心CSCD

针对纯电动汽车制动避撞系统,提出了基于反馈线性化的跟车距离、速度跟踪误差的滑模控制方法;考虑了模型非线性、系统参数不确定性和外部干扰的因素,建立车辆纵向动力学模型;采用指数趋近律的控制方法,设计了一种双输入双输出的汽车避撞系统控制器;并进行了跟车场景下制动避撞控制器的仿真。结果表明:该控制器避撞控制效果明显,在保证汽车行驶的舒适性的同时,跟车过程的跟踪误差小。     

分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制

分布式驱动电动汽车各驱动轮转速和转矩可以单独精确控制，便于实现整车动力学控制和制动能量回馈，从而提升车辆的主动安全性和行驶经济性。但车辆在回馈制动过程中，一旦1台电机突发故障，其他电机产生的制动力矩将对整车形成附加横摆力矩，从而造成车辆失稳，此时虽可通过截断异侧对应电机制动力矩输出来保证行驶方向，但会使车辆制动力大幅衰减或丧失，同样不利于行车安全。为了解决此问题，提出并验证一种基于电动助力液压制动系统的制动压力补偿控制方法，力图有效保证整车制动安全性。以轮毂电机驱动汽车为例，首先建立了整车动力学模型以及轮毂电机模型，通过仿真验证了回馈制动失效的整车失稳特性以及电机转矩截断控制的不足；然后，建立了电动助力液压制动系统模型，并通过原理样机的台架试验验证了模型的准确性；接着，基于滑模控制算法设计了制动压力补偿控制器，并在单侧电机再生制动失效后的转矩截断控制基础上完成了液压制动补偿控制效果仿真验证；最后，通过实车试验证明了所提控制方法的有效性和实用性。研究结果表明：在分布式驱动电动汽车单侧电机再生制动失效工况下，通过异侧电机转矩截断控制和制动系统的液压主动补偿，能够使车辆快速恢复稳定行驶并满足制动强度需求。     

Self-tuning control algorithm design for vehicle adaptive cruise control system through real-time estimation of vehicle parameters and road grade

The main purpose of this paper is to design a self-tuning control algorithm for an adaptive cruise control (ACC) system that can adapt its behaviour to variations of vehicle dynamics and uncertain road grade. To this aim, short-time linear quadratic form (STLQF) estimation technique is developed so as to track simultaneously the trend of the time-varying parameters of vehicle longitudinal dynamics with a small delay. These parameters are vehicle mass, road grade and aerodynamic drag-area coefficient. Next, the values of estimated parameters are used to tune the throttle and brake control inputs and to regulate the throttle/brake switching logic that governs the throttle and brake switching. The performance of the designed STLQF-based self-tuning control (STLQF-STC) algorithm for ACC system is compared with the conventional method based on fixed control structure regarding the speed/distance tracking control modes. Simulation results show that the proposed control algorithm improves the performance of throttle and brake controllers, providing more comfort while travelling, enhancing driving safety and giving a satisfactory performance in the presence of different payloads and road grade variations.     

车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计

为了实现复杂工况下车辆自动跟踪控制,建立了纵横向耦合车辆模型,研究了车辆在弯道变速行驶工况的动力学耦合控制问题,根据滑模控制以及动态表面控制理论,提出了一种基于车辆转向与驱动控制的综合控制器,并针对横向车速不可测,设计了横向速度观测器。仿真结果表明该综合控制器具有良好跟踪性能,在复杂工况下表现出较好的动、静态特性。     

基于模糊PID控制的汽车防抱制动系统控制算法研究

提出一种基于模糊PID控制的防抱制动系统控制方式。针对简化的汽车纵向双轮模型,设计了模糊PID控制器,讨论了模糊 PID控制切换参数的选取,并具体介绍了模糊控制器的设计。仿真对比试验验证了模糊PID控制性能优于单一的PID控制和模糊控制。     

四轮独立驱动电动车自适应巡航滑模控制

为实现四轮独立驱动电动汽车的自适应巡航功能,采用基于趋近律的滑模控制理论设计了自适应巡航控制系统。上位控制器以实际车距与期望车距的偏差作为输入,采用滑模控制律获得主车期望加速度,然后将期望加速度作为下位控制器的输入,计算出电机期望转矩,用于实现自适应巡航控制。在CarSim中建立电动汽车整车模型,并与Simulink进行联合仿真。仿真结果表明,在前车匀速、加速、减速等直线行驶工况以及曲率较大的弯道行驶工况下,提出的自适应巡航控制方法均能够使主车具有良好的跟踪能力。     

基于扰动观测的客车ESC自适应神经网络滑模控制

为了提高客车电子稳定性控制系统（ESC）的控制精度,针对实际车辆系统建模中存在各种非线性扰动项以及传统滑模控制（Sliding Mode Control,SMC）中抖振较大的问题,提出一种自适应神经网络滑模控制算法。基于2自由度车辆模型,首先设计一个二阶滑模（Second-order Sliding Mode,SOSM）估计器对车辆的质心侧偏角进行估计,然后利用径向基（Radial Basis Function,RBF）神经网络对车辆系统建模中的各种非线性扰动项进行实时估计,并进行Lyapunov稳定性证明,RBF神经网络估计车辆系统建模的各种非线性扰动项可以有效减小滑模控制符号项的系数,从而减小滑模抖振水平。为了更进一步优化传统滑模控制的参数调节过程,减小滑模抖振并提高系统控制精度,再次利用RBF神经网络对传统滑模控制中的关键参数进行自适应调节。最后为了验证算法的有效性,搭建客车电控气压制动系统硬件在环试验台,在硬件在环试验台上对算法的有效性和精度进行试验验证。研究结果表明：客车ESC在自适应神经网络滑模算法的控制下,横摆角速度和质心侧偏角能够较好地跟随上理想的横摆角速度和理想质心侧偏角,横摆角速度和质心侧偏角的跟随误差降低;利用RBF神经网络估计客车建模中的各种非线性扰动项和利用RBF神经网络自适应调节传统滑模控制的关键参数,可以有效提高客车ESC的控制精度。     

Robust control for four-wheel-independent-steering electric vehicle with steer-by-wire system

A four-wheel-independent-steering (4WIS) electric vehicle (EV) with steer-by-wire (SBW) system is proposed in this paper. The fast terminal sliding mode controller (FTSMC) is designed for the SBW system to suppress external disturbances. Taking unstructured and structured uncertainties into consideration, a robust controller is designed for the 4WIS EV utilizing μ synthesis approach and the controller order reduction is implemented based on Hankel-Norm approximation. Since sideslip angle is the feedback signal of robust controller and it is hard to measure, the extended Kalman filter (EKF) is employed to estimate sideslip angle. To evaluate the vehicle performance with the designed control system, step and sinusoidal steering maneuvers are simulated and analyzed. Simulation results show that the designed control system have good tracking ability, strong robust stability and good robust performance to improve vehicle stability and handing performance.     

基于智能电动汽车的纵向车速跟随控制策略

首先,设计了一种切换缓冲区间阈值可调的切换逻辑。其次,设计了一种对车速变化具有自适应性的PI控制驱动策略,再次,设计一种基于模糊控制的制动控制策略,在保证纵向车速跟踪精度的前提下,能避免车辆制动时的“前冲现象”,提高了舒适性。最后,通过Matlab与Carsim、Amesim的联合仿真验证了算法的有效性。     

Vehicle stability control system for enhancing steerabilty,lateral stability,and roll stability

The Vehicle stability control system is an active safety system designed to prevent accidents from occurring and to stabilize dynamic maneuvers of a vehicle by generating an artificial yaw moment using differential brakes. In this paper, in order to enhance vehicle steerability, lateral stability, and roll stability, each reference yaw rate is designed and combined into a target yaw rate depending on the driving situation. A yaw rate controller is designed to track the target yaw rate based on sliding mode control theory. To generate the total yaw moment required from the proposed yaw rate controller, each brake pressure is properly distributed with effective control wheel decision. Estimators are developed to identify the roll angle and body sideslip angle of a vehicle based on the simplified roll dynamics model and parameter adaptation approach. The performance of the proposed vehicle stability control system and estimation algorithms is verified with simulation results and experimental results.     

Development of a new traction control system for vehicles with automatic transmissions

A traction control system (TCS) is used to improve the acceleration performance on slippery roads by preventing excessive wheel slip. In this paper, a new traction control system using the integrated control of gear shifting and throttle actuation is developed for vehicles with automatic transmissions. In the design of the slip controller, by means of a differential manifold transformation, a slip control system with nonlinearities and uncertainties is transformed into a linear system, and a sliding mode controller is applied for the purpose of increasing the robustness of the system. Next, to achieve the required driving torque, the optimal throttle and gear position, maps are constructed based on dynamic programming. The simulation results indicate that the present traction control system can improve the acceleration performance of an automatic transmission vehicle for various types of road conditions.