基于滑模变结构控制的SUV稳定性研究

针对SUV侧倾稳定性较差的问题,提出了基于滑模变结构控制的方法。首先建立3-DOFSUV横向-侧倾动力学模型;基于理想的质心侧偏角和横摆角速度,分别设计了以期望质心侧偏角、期望横摆角速度和兼顾两期望值为控制目标的基于指数趋近律的滑模控制器;然后基于Matlab/Simulink建立SUV车辆模型与滑模控制策略,选取典型试验工况进行仿真分析。仿真结果表明:兼顾两期望值的控制策略能较好地使车辆的横摆角速度、质心侧偏角、侧倾角的动态响应满足控制要求。     

考虑空气力的车辆三自由度转向模型与状态方程

为了减小空气力的影响, 简化车辆多自由度转向动力学方程, 考虑了空气力的影响, 建立了车辆三自度转向运动的动力学模型。以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角、侧倾角速度为状态变量, 以前轴转角及侧风作用力为输入, 以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角为输出, 推导了车辆三自度转向运动的动力学模型的状态方程。以前轴主动转角脉冲为输入, 对状态方程的可信度进行了验证。与利用线性二自由度转向模型的仿真结果相比, 利用三自由度转向模型与其状态方程得到车辆质心侧偏角与横摆角速度的绝对值均较小, 在高速情况下, 空气力会增强车辆的不足转向特性。采用两种模型得到的车身侧向偏移均大于试验值, 但三自由度模型的仿真曲线非常接近试验曲线。可见, 三自由度状态方程可信度高。     

基于分层控制的车辆主动制动稳定性分析

为提高车辆行驶的主动安全性,引入分层控制思想。建立名义横摆角速度和名义质心侧偏角为输出的线性二自由度车辆模型。基于线性二次型调节器设计上层控制器,得到附加横摆力矩,采用差动制动原理,设计中层控制器对附加横摆力矩进行分配,根据中层控制器分配的附加横摆力矩计算滑移率增量,基于PID控制理论设计下层滑移率控制器,以控制车轮的制动压力;最后联合MATLAB／Simulink和CarSim进行鱼钩转向和双移线转向仿真试验。结果表明,采用分层控制能够有效地提高车辆行驶的主动制动稳定性。     

半挂汽车列车弯道行驶制动稳定性

为了研究弯道行驶中制动工况对半挂汽车列车稳定性的影响, 运用动力学理论与虚拟样机仿真软件ADAMS, 建立了具有21自由度的半挂汽车列车整车模型, 分析了在弯道行驶极限工况下, 半挂汽车列车折叠角、侧向加速度、横摆角速度、车速、轮速、轮胎侧偏角随时间的变化关系。通过整车系统的稳态转向试验与阶跃试验, 验证了模型具有较好的仿真精度。仿真结果表明: 转向后3 s实施制动, 在3 s的时间内, 牵引车侧向加速度变为0, 横摆角速度达到极值33 rad·s^-1后迅速减小, 而半挂车侧向加速度达到极值4 m·s^-2, 横摆角速度逐渐减小为0;在制动过程中, 牵引车后轴先抱死拖滑, 由此引起半挂汽车列车发生折叠现象, 从而导致弯道行驶制动稳定性降低。     

车辆稳定性控制策略研究

以滑模控制、线性二次型最优控制以及PID控制三种控制理论为基础,运用不同的控制策略,基于直接横摆力矩控制方法,设计了车辆稳定性控制器,并进行了控制效果的仿真分析和比较。就控制策略而言,单独控制质心侧偏角、以及对质心侧偏角和横摆角速度进行联合控制,在车辆运行的大多数工况下,控制效果要优于单独控制横摆角速度;就控制理论而言,滑模控制具有较强的鲁棒性和应用性。由于稳定性控制器应重点对低附着系数路面上的车辆进行控制,针对研究对象的运行工况,滑模控制下的质心侧偏角控制和联合控制策略具有明显的优越性。     

基于Simulink的汽车稳定控制系统仿真研究

为了解决汽车行驶中的某些因素引起的失稳问题,在对汽车的失稳原因和控制方法的分析和研究的基础上,设计了以横摆角速度和质心侧偏角为控制量和失稳判据,以车轮的差动制动为控制手段的汽车稳定性控制系统。并分别设计了模糊 PID控制器和神经网络控制器,运用MAT-LAB/Simulink软件在7自由度汽车模型上进行了仿真。结果显示在危险状态下该控制策略能有效保持汽车轨迹对转向操作的跟随,该控制策略可靠有效。     

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。     

主动前轮转向的操纵稳定性研究

汽车的主动前轮转向作为汽车主动控制的一个重要组成部分,可以改善车辆的操纵稳定性;横摆角速度与质心侧偏角作为表征车辆操纵稳定性的2个主要指标,可以作为车辆处于稳定状态的参考。基于模型预测控制方法,在汽车线性二自由度模型的基础上,使用相同工况下理想的横摆角速度与质心侧偏角作为参考,设计了模型预测控制器,将二自由度汽车模型与CarSim整车模型进行了联合仿真。结果表明:模型预测控制方法相对PID控制方法更能有效地提高汽车的主动安全性。     

极限工况下主动前轮转向滑模控制对比

针对横摆角速度和质心侧偏角设计了3种基于指数趋近律的主动前轮转向滑模控制器,采用TruckSim和Simulink建立联合仿真模型,在极限工况下进行双移线输入试验,结果表明:由于轮胎非线性特性,在极限工况下3种控制策略各有优劣,基于横摆角速度的滑模控制器在中高车速下可以有效跟踪期望值,一定程度提高了车辆的操纵稳定性.     

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。     

汽车侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法

为了提高汽车转向-侧倾运动的安全性, 设计了主动悬架侧倾运动安全LQG控制器; 建立了3自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型, 选择横向载荷转移率、侧倾角及其加速度构建汽车侧倾安全综合性能评价指标; 为了解决现有设计方法无法跟踪系统干扰项(前轴转向角) 和控制加权矩阵行列式等于零带来的控制向量无法求解的难题, 将前轴转向角进行满足最小相位系统的微分变形, 并与原系统方程组成增广系统方程, 在综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量, 以满足LQG控制器设计条件; 结合层次分析法和归一法, 以鱼钩工况为基础, 仿真获取汽车转向-侧倾运动统计数据, 进而确定LQG控制器的加权系数, 通过多工况数值仿真验证主动悬架侧倾运动安全LQG控制器的工作效果。仿真结果表明: 新设计的LQG控制器不干扰驾驶人的转向操纵; 与被动悬架相比, 在鱼钩工况、蛇形穿桩工况和双移线工况下, 采用LQG控制器的主动悬架可使汽车侧倾运动安全的主要评价指标即横向载荷转移率的方差分别降低了32.08%、32.82%、29.24%, 侧倾角的方差分别降低了47.74%、44.19%、63.41%, 侧倾角加速度的方差分别降低了87.30%、60.00%、86.39%, 说明采用新设计LQG控制器的主动悬架可大幅度改善汽车侧倾运动安全性, 且具有良好的转向工况适应性。     

中置轴挂车列车操纵稳定性与参数优化

为了提高中置轴挂车列车的操纵稳定性, 分析了其横摆运动、侧倾运动、纵向运动、侧向运动的关系, 根据汽车动力学理论, 采用MATLAB/Simulink建立了列车四自由度动力学仿真模型, 采用TruckSim搭建了列车的多自由度复杂非线性仿真模型, 利用VBOX数据采集系统与RT陀螺仪构建了列车操纵稳定性测试系统, 根据试验标准开展了列车的单车道变换实车试验与仿真试验, 并对比分析了仿真与试验结果; 基于列车横摆角速度后部放大系数、铰接角速度、侧向加速度后部放大系数、载荷转移率, 建立了列车综合评价得分模型; 通过均匀试验和多元线性回归分析理论, 利用虚拟样机技术, 对显著影响列车操纵稳定性的相关参数进行了优化分析。优化结果表明: 优化后牵引车、中置轴挂车的相关参数都得到了不同程度的改善, 牵引车、中置轴挂车横摆角速度最大值分别由0.107 2、0.140 8rad·s^-1降低到0.092 5、0.103 7rad·s^-1, 中置轴挂车列车的横摆角速度后部放大系数减小了15.15%;牵引车、中置轴挂车侧向加速度最大值分别由0.21g、0.27g降低到0.19g、0.20g, 中置轴挂车列车的侧向加速度后部放大系数减小12.10%;中置轴挂车列车的最大铰接角速度减小23.01%, 最大载荷转移率减小了29.41%;列车综合评价得分由86.66提高到109.02, 综合性能得到提高。     

车辆主动转向的变结构控制器设计

针对基于线控转向技术的四轮主动转向汽车, 利用滑模变结构控制策略, 以提高车辆在紧急避障和危险工况下运行的安全性。将实际车辆的前、后轮侧偏刚度及外部干扰视为有界的不确定性参数, 利用确定性线性车辆模型作为理想跟踪目标, 进行车辆主动转向的变结构控制器设计。人-车-路闭环系统仿真结果表明: 当轮胎侧偏刚度摄动或有外部侧风干扰时, 变结构控制的四轮主动转向汽车实现了转向零质心侧偏角和跟踪期望横摆率的控制目标, 其双移线仿真最终路径偏差分别为0m和0.05m, 被控车辆系统表现出了良好的路径跟踪性和在不确定影响下的鲁棒性, 车辆的操纵稳定性与主动安全性得到了提高。     

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。     

载荷转移对半挂汽车列车转弯制动稳定性的影响

建立了半挂汽车列车转弯制动的动力学模型, 通过实车道路试验验证了模型的可信度。通过模型仿真, 分析了转弯制动过程中同轴左、右车轮垂直载荷的变化情况, 研究了载荷变化对车轮抱死顺序和制动稳定性的影响与提高制动气室压力对转弯制动稳定性的影响。仿真结果表明: 当制动气压最大值为0.62MPa时, 转弯制动过程中牵引车转向轴右侧车轮的垂直载荷由12.00kN增加到23.00kN, 左侧车轮由12.00kN减小为0.66kN, 载荷转移明显; 制动气压最大值提高后, 载荷转移具有相同的规律, 影响了同轴左、右车轮的抱死趋势和ABS起作用的时间; 当制动气压最大值从0.62MPa增加到1.50MPa时, 牵引车与半挂车的折叠角由0.73rad减小为0.67rad, 制动稳定性提高。     

基于差动制动的四轮转向商用车防侧翻控制

为提升商用车极限工况下的侧向稳定性,以某四轮转向商用车为研究对象,基于线性二次型调节器设计了四轮转向控制策略,在此基础上设计了差动制动控制策略.以横向载荷转移率为侧翻评价指标,建立了四轮转向+差动制动的防侧翻综合控制策略,利用TruckSim和MATLAB分别进行了转向盘角阶跃输入工况和鱼钩工况的仿真试验.仿真结果表明...     

线控转向汽车的ADAMS/MATLAB联合仿真

在ADAMS/CAR中建立了线控转向整车多体动力学模型,基于稳态横摆角速度增益不变设计了线控转向的角传动比;并利用MATLAB/SIMULINK搭建了线控转向控制策略,即变传动比和横摆角速度模糊综合控制,由ADAMS/CONTROL接口模块实现了汽车典型行驶工况下的联合仿真。仿真结果表明,所设计的控制策略能够提高线控转向汽车的稳定性。     

线控转向系统主动转向控制策略的仿真

在CarSim中建立了线控转向整车动力学模型,基于稳态横摆角速度增益不变设计了可变转向角传动比;并利用Matlab/Simulink中建立线控转向系统动力模型和主动转向控制策略。在主动转向控制中,通过变传动比和横摆角速度与侧向加速度的综合反馈,控制补偿转向电机的转角。最后通过双移线试验和侧向风干扰试验仿真,并与传动机械转向和单一横摆角度反馈控制车辆进行对比分析,其结果表明,横摆角速度和侧向加速度综合反馈控制能够有效地改善汽车的转向特性,并提高操纵稳定性。