多轴转向商用车转向模式分析与研究

根据大型多轴商用车的特点,以某三轴转向车辆为例,建立了多轴转向车辆的二自由度系统动力学模型,并基于零质心侧偏角比例控制方法确定了5种理论转向模式,最后通过仿真分析,研究了5种转向模式的稳态和瞬态响应特性及其应用范围,结果表明:低速区域,机动性随质心到瞬时转向中心线的距离减小而增加,低速模式2具有较好的机动性;高速区域,操纵稳定性随该距离增大而提升,而高速模式5的操纵稳定性更好。     

四轮独立转向车辆稳定性的模糊最优控制方法

为改善四轮独立转向（4WIS）车辆的操纵稳定性,在设计了4WIS模型跟踪最优控制器的基础上,对最优控制参数对控制性能的影响以及4WIS车辆转向动力学特性进行了分析,提出了一种基于车辆转向状态的最优控制器参数调整策略,并设计了模糊逻辑控制参数调节器,实现最优控制器参数的自适应调整.结合4WIS车辆的八自由度动力学模型对提出的模糊最优控制系统进行仿真实验分析,结果表明:设计的4WIS模糊最优控制系统能够极大地改善车辆的稳定性与安全性;在高速低附着系数的极限工况下,该系统仍然够能保证车辆的理想转向状态.该系统对于强侧向风一类的侧向干扰具有很强的抑制能力;风速90 km/h的强侧风且无驾驶员干预情况下,车辆在320 m行驶距离内,侧向偏移量仅为0.78 m.      

三轴车辆多轮转向控制策略分析

为了提高多轴车辆低速机动性和高速稳定性,以三轴商用车为研究对象,建立了三轴车辆转向的二自由度(2-DOF)动力学模型,基于Simulink设计了前/中轴机械转向+后轴比例控制转向、前轴机械转向+中/后轴比例控制转向2种控制策略,并分析了在前轮角阶跃输入下质心侧偏角、横摆角速度及侧向加速度随时间变化规律。     

基于模型匹配的后轮主动转向车辆μ综合控制研究

针对中高速车辆转向时对操纵性以及稳定性的多目标性能要求,提出了用鲁棒控制模型匹配的方法来设计MIMO的控制策略。为此建立了考虑模型摄动的三自由度的整车动力学模型以及转向执行器模型,以二自由度模型为参考模型,以匹配参考模型为目标来设计μ控制器。对设计出的μ控制器和H∞控制器进行μ分析,结果表明,2种控制器在整个频段都能满足鲁棒稳定性的要求,且H∞控制器在低频段的鲁棒稳定性相比稍好,但μ控制器在最坏摄动下的鲁棒性能更佳,能有效地处理稳定性和性能的折中问题。仿真试验表明,μ控制器的控制效果能很好的跟踪参考状态响应,明显改善车辆的操纵性和稳定性。     

四轮转向汽车操纵稳定性研究

为了研究转向工况对四轮转向汽车操纵稳定性的影响,基于Matlab/Simulink建立四轮转向汽车前轮转角比例前馈加横摆角速度模糊PID反馈控制模型,通过与Trucksim车辆模型和Simulink控制模型联合仿真,分别在低速和中高速下进行方向盘角阶跃输入离线仿真和方向盘正弦角输入实时仿真试验,与前轮转向汽车在相同工况下侧向加速度、横摆角速度以及质心侧偏角的仿真结果进行对比分析。试验结果表明:四轮转向控制仿真结果优于前轮转向结果,搭建的四轮转向前轮转角比例前馈加横摆角速度模糊PID反馈控制策略,能提高汽车低速转向时的操纵轻便性和机动性以及中高速转向时的操纵稳定性。     

基于模型预测控制无人驾驶车辆避障轨迹跟踪器设计

针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪和避障问题,基于模型预测控制算法设计了避障轨迹跟踪控制器,实现避障和轨迹跟踪功能。在不同车速下采用Matlab和CarSim进行联合仿真试验,结果表明:设计的控制器控制性能和稳定性良好,能满足无人驾驶车辆的避障和轨迹跟踪需求。     

基于联合仿真的某四轴全轮转向汽车研究

为了分析线性控制算法在非线性模型中的控制效果,建立四轴全轮转向车辆的线性二自由度模型,采用零质心侧偏角比例前馈及前馈+横摆角速度反馈的多桥转向控制算法,在Matlab/Simulink及Truck Sim中建立联合仿真模型,对所设计的控制算法进行对比仿真验证。结果表明:多桥转向比例前馈控制及前馈+横摆角速度反馈控制均能够在低速下保持车辆质心侧偏角基本为零,但是比例前馈在高速时控制效果并不理想。低速时比例前馈控制能够最大限度减小汽车转弯半径,高速时前馈+横摆角速度反馈控制能够减小车身横摆角速度,提高多轴车辆抗干扰能力。     

基于T-S模糊模型的多轴转向车辆H_∞鲁棒控制

为解决多轴转向车辆模型非线性和各种干扰影响下的控制问题,分析了轮胎非线性和外界干扰,建立多轴转向车辆的二自由度非线性模型,应用T-S模糊理论,将其转换为局部线性的T-S模糊模型。基于并行分配补偿法(PDC)和H∞鲁棒控制理论,设计了转向系统的模糊PDC H∞鲁棒控制器,并利用线性矩阵不等式和模糊逻辑控制工具求解控制器。在正弦波和阶跃信号干扰下,车速为80km.h-1时,进行前轮转向回正和前轮角阶跃输入转向的仿真试验。仿真结果表明:侧偏角和横摆角速度动态响应的超调均为0,且均在0.06s内达稳态值;前轮转向回正试验的侧偏角和横摆角速度稳态值均为0,前轮角阶跃输入转向试验的相应值分别为0和1.2(°).s-1,且稳态横摆角速度增益为0.24[(°).s-1].(°)-1。这说明了多轴转向车辆在模糊PDC H∞鲁棒控制下的高速转向平稳迅速,T-S模糊建模和鲁棒控制器设计算法对解决轮胎非线性和外界干扰影响是有效的。     

基于滑膜变结构车辆稳定性控制的仿真研究

采用Magic Formula轮胎模型,运用MATLAB/Simulink软件建立了参考模型和二自由度非线性汽车模型;针对汽车ESP系统的非线性、时变的特点,基于滑模变结构控制理论,设计了以横摆角速度为控制变量的稳定性控制器;在湿滑路面上进行了转向行驶以及移线行驶工况控制效果的仿真分析。研究表明:所设计的控制器能够很好地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高了车辆的稳定性。     

基于滑膜变结构车辆稳定性控制的仿真研究

采用Magic Formula轮胎模型,运用MATLAB/Simulink软件建立了参考模型和二自由度非线性汽车模型;针对汽车ESP系统的非线性、时变的特点,基于滑模变结构控制理论,设计了以横摆角速度为控制变量的稳定性控制器;在湿滑路面上进行了转向行驶以及移线行驶工况控制效果的仿真分析.研究表明:所设计的控制器能够很好地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高了车辆的稳定性.     

智能车辆横纵向运动综合控制方法研究

针对智能车辆运动控制中的多种复杂动力学约束及性能需求,提出基于模型预测控制算法的横纵向综合控制方法,分别设计横向和纵向控制器.横向控制器基于单轨动力学模型,纵向采用分层控制结构,以纵向速度为耦合点结合横向和纵向控制器,并根据路径信息规划车辆行驶速度,实现转向和速度同时控制,最后通过Carsim和MATLAB联合仿真.研究结果表明:控制器具有良好的跟踪性能,实时性强,且能够满足车辆横向稳定性、舒适性和平顺性等要求.     

基于遗传PID的动静液复合转向优化控制研究

由于履带车辆常运行于恶劣的环境中,采用动静液复合转向机构的某型履带车辆在转向过程中,静液系统压力存在较大的波动,严重影响了车辆的转向等性能.为了使履带车辆动、静液系统配合平稳,采用电液比例阀替代实车上采用的充油阀,并在Matlab仿真平台下建立了动静液复合转向的系统模型,对转向过程的静液系统压力变化等情况进行了仿真.为了改善系统的综合性能,设计了遗传PID控制器,控制器可根据静液系统压力波动状况实时控制进入液力耦合器的油量.仿真结果表明,改进后的系统工作过程平稳,动态响应迅速,能够很好地抑制了转向过程中静液系统压力的波动,提高了车辆转向的综合性能.     

车辆电子稳定性程序的最优控制

引入轮胎魔术公式,建立了车辆的两自由度非线性动力学模型．以车辆质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,基于车辆的线性动力学模型设计了最优控制器,将此控制器应用于非线性动力学模型并进行了仿真．结果表明,车辆电子稳定性程序显著提高了车辆的操纵稳定性,使驾驶员在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下能够对车辆进行正常操纵．     

车辆协同巡航控制系统设计改进与试验评价

为提高交通流运行的机动性、稳定性,对车辆协同巡航控制(CACC)系统进行了改进设计. 基于经典Newell 模型提出了考虑CACC的改进跟驰模型,分析了所提出的CACC改进跟驰模型的动力学特性,给出了CACC改进跟驰模型的线性稳定性条件,并对由CACC车辆和非CACC车辆组成的非均匀车队的不同无线通讯拓扑结构进行了比较研究. 通过数值试验进一步研究了在起步、刹车和意外事件的情况下,CACC车辆的存在对交通流动力学的影响. 研究结果表明,通过合理设计CACC跟驰系统的模型参数取值后,CACC车辆的存在一方面可以提高交通流运行的机动性与稳定性,另一方面可以使交通出行更加的安全和舒适. 此外,由于不同车队中CACC车辆的无线通讯拓扑结构会影响交通流的机动性与稳定性,对于 CACC车辆的无线通讯拓扑结构应慎重的设计与优化.     

车辆协同巡航控制系统设计改进与试验评价

为提高交通流运行的机动性、稳定性，对车辆协同巡航控制(CACC)系统进行了改进设计. 基于经典Newell 模型提出了考虑CACC的改进跟驰模型，分析了所提出的CACC改进跟驰模型的动力学特性，给出了CACC改进跟驰模型的线性稳定性条件，并对由CACC车辆和非CACC车辆组成的非均匀车队的不同无线通讯拓扑结构进行了比较研究. 通过数值试验进一步研究了在起步、刹车和意外事件的情况下，CACC车辆的存在对交通流动力学的影响. 研究结果表明，通过合理设计CACC跟驰系统的模型参数取值后，CACC车辆的存在一方面可以提高交通流运行的机动性与稳定性，另一方面可以使交通出行更加的安全和舒适. 此外，由于不同车队中CACC车辆的无线通讯拓扑结构会影响交通流的机动性与稳定性，对于 CACC车辆的无线通讯拓扑结构应慎重的设计与优化.     

引入制动管路约束的车辆操纵稳定性控制方法研究

以DYC(Direct Yaw-moment Control)控制器为基础,结合制动管路摩擦力模型的约束条件,建立了全轮纵向力优化分配算法。利用Matlab软件对建立的车辆动力学模型和全轮纵向力分配算法进行了仿真分析,结果表明该算法能够进行有效的全轮纵向力分配。     

EPS系统在路面激励下的汽车操纵稳定性响应研究

针对不同路面输入状况对汽车操作稳定性产生的使转向盘产生抖动的不良影响,将EPS动力学模型与整车12自由度模型相结合,同时引入基于摆振系统的轮胎模型和路面激励模型,建立完善的由转向系统到路面激励输入的完整仿真模型。基于消除路面激励输入对转向性能产生影响的目的,设计了基于趋近率的滑膜控制器跟踪助力电机电流,减弱路面冲击产生的不良影响。建立仿真模型,分析不同路面状况下车辆的操作稳定性。通过MATLAB/Simulink建立仿真模型,仿真结果验证了设计的EPS电机控制系统可以有效减弱路面随机激励对转向系统性能产生的不良影响,提高了车辆的操作稳定性。     

融合稳定性的高速无人驾驶车辆纵横向协调控制方法

提出了一种纵横向协调控制的路径跟踪控制方法; 建立了车辆预瞄误差模型和考虑路面地形的高速车辆等效动力学模型, 以此引入道路曲率地形因素; 基于模糊规则设计了预瞄距离发生器, 解决预瞄误差模型中固定预瞄距离的问题; 建立了预测时域与道路曲率的函数关系, 运用模型预测控制算法求解前轮转角, 从而建立路径跟踪控制器; 运用指数模型表示车辆期望车速, 设计了比例积分微分纵向控制器控制车速以改善路径跟踪精度; 运用质心侧偏角相平面图表征车辆稳定性特征, 设计比例积分微分稳定性控制器以改善车辆稳定性。研究结果表明: 提出的控制方法能在不同附着系数路面上对车辆跟踪性能进行优化, 在干燥沥青路面以车速90 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少33%;在潮湿沥青路面以车速70 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少30%;在冰雪路面以车速55 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少16%。可见, 所提出的控制方法能有效改善路径跟踪精度。      

重型车辆旁通流量式ECHPS助力特性设计与台架试验

介绍了采用电液比例阀控制旁通流量的电控液压助力转向系统(ECHPS)的原理和助力特性设计要求,提出了ECHPS抛物线型理想助力特性曲线设计方法。在MATLAB/Simulink中建立了基于整车三自由度动力学模型和电液比例阀控制模块的ECHPS系统仿真模型,通过仿真得到了近似于抛物线型的ECHPS助力特性曲线。最后对某大客车ECHPS系统进行台架试验,得到的ECHPS助力特性试验结果与仿真结果吻合良好,表明所提出的ECHPS助力特性曲线设计方法及其仿真模型是正确有效的;采用电液比例阀控制旁通流量的ECHPS具有良好的助力特性,可以实现重型车辆低速转向时的轻便性和高速转向时的操纵稳定性要求。     

半挂汽车列车高速变道稳定域估计

为改善传统稳定域在评价铰接列车非稳态转向稳定性方面的不足, 提出了一种适用于半挂汽车列车的高速变道稳定域的估计方法; 建立了包含Pacejka魔术公式的半挂汽车列车四自由度非线性动力学模型, 通过半挂汽车列车高速变道的仿真和实车试验对比验证了所建模型的有效性; 在构建车辆系统Jacobian矩阵的基础上, 应用特征根法分析了车辆在高速阶跃转向和正弦转向2种情况下的稳定性; 基于Lyapunov稳定性定理, 通过构建Lyapunov能量函数, 分析了车辆极限状态时的系统能量与能量变化阈值, 获得了车辆高速变道稳定域, 并利用半挂汽车列车30m·s-1变道试验验证稳定域。分析结果表明: 高速变道过程中车辆系统Jacobian矩阵特征根大于0, 但最终收敛至小于0, 系统仍可保持稳定; 车辆高速变道稳定域为近似凹形曲面, 能量越接近中心区的低点, 车辆系统越稳定, 而一旦接近甚至超过能量阈值, 车辆系统将临近或发生失稳; 在半挂汽车列车30m·s-1变道试验中, 当Lyapunov能量接近阈值3.863 6J时, 车辆系统处于临近失稳状态。可见, 确定的半挂汽车列车高速变道稳定域, 能够较好地表征车辆系统在高速瞬态连续转向状态下的稳定性, 可为半挂汽车列车操纵稳定性评价和控制提供有益参考。