电动助力转向控制策略探讨

通过分析和物理模型简化建立了电动助力转向系统的动力学模型.为了降低驾驶员施加于方向盘的转向力矩,并使驾驶员获得良好的路感,改善转向系的回正特性,提出了一种电动助力转向控制算法以提高转向盘的转向特性,探讨了一种基于转向盘转角估计的控制策略.同时,对提出的控制策略进行了仿真分析,结果表明此控制策略可提高转向盘的转向特性和稳定性.     

应用无迹卡尔曼滤波算法的车辆侧倾稳定性控制

考虑轮胎的非线性,建立了9自由度动力学车辆模型,并在Matlab/Simulink中建立了仿真模型。针对车身侧倾角及其角速度难以测量的问题,以侧向加速度、4个车轮的垂直加速度、4个轮胎的变形、4个悬架动挠度和横摆角速度等14个状态量作为量测变量,运用无迹卡尔曼滤波算法,设计了基于车辆动力学模型及运动学关系相结合的车身侧倾角及其角速度观测器。仿真结果表明:车身侧倾角及其角速度的理论值和估计值较为吻合。针对车辆转向侧倾过大的问题,基于滑模变结构控制理论和车身侧倾角及其角速度估计值,设计了主动侧倾控制器,并在Matlab/Simulink中进行了仿真。仿真结果验证了主动侧倾控制器的有效性。     

基于非线性二自由度模型的线控转向系统变角传动比设计

在分析不同附着系数路面轮胎侧向力和侧偏角关系基础上,对同一附着系数路面下轮胎侧偏角进行分区、侧偏曲线线性化,建立非线性二自由度车辆模型。基于横摆角速度增益一定设计理想角传动比。对基于非线性二自由度模型和线性二自由度模型设计角传动比的车辆进行双移线仿真分析。仿真结果表明:在低附着系数路面,基于非线性二自由度模型设计的车辆方向盘转角和质心侧偏角减小,减少了驾驶员通过方向盘对车辆的修正次数,减轻了驾驶负担;横摆角速度和侧向加速度也相应减小,提高了车辆在低附着系数路面驾驶的稳定性。在高附着系数路面,基于两种不同模型设计角传动比的车辆,方向盘转角、车辆状态参数变化不大。     

汽车稳定性控制系统模型及横摆控制仿真

在Matlab/Simulink中建立了包括横摆运动、侧倾运动的八自由度整车动力学模型和车辆参考模型。采用车辆横摆角速度的状态差异法,基于模糊控制理论制定了直接横摆控制策略,实现了ESC系统对车辆的稳定性控制。对典型工况鱼钩试验进行仿真分析。结果表明:所制定的控制策略可以有效地实现横摆稳定性控制,而且减小了侧向加速度,使汽车具有一定的抗侧翻能力,提高了汽车的稳定性和安全性。     

基于模糊控制的车辆主动避撞系统及仿真验证

为了提高车辆主动避撞系统的安全性和舒适性,建立了纵向和横向危险状态判别模型以判断车辆行驶时的安全性,设计了基于模糊控制的车辆主动避撞系统,模糊控制器Ⅰ选取驾驶员类型和主车车速为输入参数,主动制动阈值为输出参数,实现根据驾驶员类型和行车工况的不同来控制不同的制动时刻,模糊控制器Ⅱ选取相对速度和相对距离,输出制动信号以对车辆制动过程中的制动压力进行控制。通过Prescan仿真平台建立前车静止和车辆碰撞远端行人测试工况,对设计的主动避撞系统的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:所提出的基于模糊控制的车辆主动避撞系统能够有效避免碰撞,并兼顾车辆高速行驶工况下的安全性和低速行驶工况下的驾乘舒适性,同时还满足了不同类型驾驶员对主动避撞系统激活时机差异的需求。     

基于LuGre摩擦理论的动态轮胎模型研究

基于LuGre动态摩擦理论,建立了用于研究车辆动力学特性的动态轮胎模型,推导了车辆轮胎纵向力和侧向力的表达式,以此作为基础进行整车动力学的模拟仿真。采用遗传算法对轮胎模型中的稳态及动态参数进行辨识,比较分析了模型参数对模型精度的影响。利用Matlab/Simulink建立起自由度整车动力学模型,通过进行转弯制动仿真来对本文所建立的轮胎模型进行了验证。结果表明:本文所建立的动态轮胎模型准确度较好,能够用于车辆动态性能仿真研究。     

大客车侧翻稳定性分析及防侧翻鲁棒控制

为在大客车不发生侧翻前提下改善客车的操纵稳定性,进行了大客车侧翻稳定性建模分析及主动防侧翻控制研究。考虑乘客变化造成的簧载质量和重心位置变化,以及非簧载质量对大客车侧翻性能的影响,建立线性四自由度大客车侧翻模型。根据汽车侧翻运动规律提出客观评价大客车侧翻稳定性的侧翻因子。在保证大客车不侧翻的约束下,选取防侧翻控制系统鲁棒性及侧倾过程乘客舒适性为博弈双方,设计基于博弈优化的主动防侧翻鲁棒控制策略。通过典型工况侧翻实例分析大客车侧翻稳定性和侧倾时操纵稳定性,以及当前轮转角干扰和乘客数量变化引起参数扰动时的主动防侧翻控制系统的鲁棒性。为降低实车验证的危险性,应用Trucksim软件进行仿真实验,结果表明:该主动防侧翻控制系统可防止大客车侧翻并改善客车操纵稳定性。     

半挂汽车列车高速侧向稳定性控制研究

为提高半挂汽车列车高速变道行驶时的侧向稳定性,开展了挂车车轮主动转向控制研究。考虑侧风干扰和车身侧倾,建立挂车主动转向半挂汽车列车的5自由度车辆模型;以挂车的质心侧偏角和挂车质心处的侧向加速度为控制目标,设计挂车车轮主动转向的鲁棒控制器;为验证所设计控制器的有效性,基于搭建的TruckSim与Simulink联合仿真平台,在高速单移线和双移线行驶工况下,仿真研究挂车车轮主动转向的半挂汽车列车侧向动力学特性和挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性。研究表明,所设计的挂车车轮主动转向鲁棒控制器是有效的,它能有效抑制变道时传统半挂汽车列车出现的挂车"过冲"现象,提高挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性,并显著降低半挂汽车列车的质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角。     

基于模糊卡尔曼滤波车速估算的泊车运动学模型

为更好地进行泊车运动过程的研究,建立适合泊车过程的专用泊车运动学模型,通过对实际泊车运动过程的分析,提出了一种基于模糊卡尔曼滤波车速估算的泊车运动学模型。泊车的运动过程是低速高精度的控制过程,尤其在较小泊车位中进行超低速自动泊车时,对车速的测量会由于起步惯性和轮胎磨损引起速度测量误差,这就需要对实际车速进行精确估算。通过车轮转动速度与车身加速度积分所得车速进行模糊卡尔曼滤波融合,得到泊车不同阶段的车速估算值。输入估算的车速与前轴中心转角建立泊车运动学模型,得到泊车车辆的位置信息与姿态航向角。经Matlab/Simulink仿真和泊车实验的数据对比分析,结果表明:建立的基于模糊卡尔曼滤波车速估算的泊车运动学模型与原泊车运动学模型精度整体上提高15%,与实际泊车情况偏差3%。因此,提出的泊车运动学模型符合泊车过程车辆运动学模型的要求,降低了泊车整个过程的位移和航向角计算误差,对于进一步研究泊车路径规划与控制具有重要意义。     

电动轮汽车差动助力转向稳定性控制策略

在建立驾驶员模型、差动转向系统及整车机电系统耦合动力学模型的基础上,考虑了系统存在的不确定因素,分析了驱动转矩和横摆力矩之间的耦合关系。以理想横摆角速度为控制目标,研究了融合模糊逻辑和滑模变结构控制的电动轮汽车差动转向稳定性控制策略。通过模糊逻辑确定滑模趋近律在不同状态下的控制量,以补偿被控系统的不确定性和非线性的影响。仿真结果表明:所设计的稳定性控制器不仅可以有效地解决滑模变结构控制在高频下的抖振问题,而且在不同路面附着系数、不同车速以及侧向风的干扰下均能保证系统具有良好的稳定性。     

基于模型预测控制的自主应急转向系统设计

采用多输入多输出模型预测控制(MIMO MPC)方法,设计了一种自主应急转向系统。采用前轮转角和直接横摆力矩两种输入的单轨模型,对横向位移和航向角进行预测。采用梯形加速度剖面法,根据最大允许横向加速度来规划避障路径。仿真结果表明:MIMO MPC利用前轮转向角跟踪期望的侧向位移,提高了侧向位移和航向角的跟踪性能,相比单输入单输出模型预测控制(SISO MPC)能更精确地跟踪规避路径。     

车载油罐截面形状对汽车横向稳定性影响的研究

运加油车急转时罐内液体晃动易引起车辆侧倾甚至侧翻,为此,选用了3种常用车载油罐截面形状,采用VOF法和动坐标系对3种截面形状油罐建立了全尺寸三维仿真模型,利用流体计算软件fluent对车辆转弯时油罐车罐内液体晃动情况进行仿真模拟分析,讨论在不同充液比下车载油罐截面形状对晃动的影响。结果表明:在相同工况下,低充液比时窄而高的油罐侧向稳定性越好;高充液比时宽而矮的油罐侧向稳定性好。     

基于变速量化分级的车辆主动转向控制算法

针对车速动态变化引起转向特性改变,从而导致转向控制不稳定的问题,提出了基于变速量化分级的主动转向控制算法。首先,运用概率统计原理建立量化分级算法划分车速区间;其次,构建具备目标转向控制参数的车辆非线性动力学模型,在各分区间采集模型运行参数训练神经网络完成模式识别,结合基于位移偏差的修正算法建立分区间控制单元;最后,运用隶属函数实现了变车速下控制单元间的柔性切换。此外,设置车辆姿态监视算法,降低车辆的侧翻风险。联合Carsim车辆模型进行控制实验,结果表明,量化分级控制算法可提高变速工况转向控制的精度与稳定性。     

基于人机共驾的车道保持驾驶辅助系统

针对驾驶员因疲劳、分心以及横向风等因素,无意识地使车辆偏离车道线的问题,提出了一种通过固定的共驾系数实现辅助驾驶系统与驾驶员之间人机共驾的车道保持驾驶辅助系统研究方法。为了模拟驾驶员分心、疲劳状态,建立了驾驶员模型。在驾驶员模型的基础上,采用分层控制方法设计车道保持驾驶辅助系统。上层控制器利用模型预测控制方法设计转向角矫正策略;下层控制器根据上层控制器计算的期望横摆力矩对车辆进行防侧翻稳定性控制。搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,设计不同行驶工况,并分别采用人工驾驶和辅助驾驶2种方式进行仿真试验,仿真结果表明:无论在高速、低速或者低附着系数路面,当人工驾驶的车辆偏离车道中心线时,驾驶辅助系统均能及时矫正车辆的行驶方向,保证车辆稳定地跟踪车道线。     

车辆传动系统瞬态振动特性研究

针对某车辆动力传动系统,考虑发动机激励及系统结构关键设计参数,采用集中质量法建立传动系统动力学模型。在发动机激励变化的输入载荷下,分别对含不同结构设计参数的动力学模型进行仿真分析,对比最优设计参数状态下传动系统的动态响应。研究结果表明:发动机输出扭矩突然变化时,车辆在tip-in过程中会产生传动系统异响及车辆顿挫感;传动间隙的变化可以缓解齿轮啮合冲击现象,从而改善车辆瞬态过程的异响状态。飞轮扭转刚度及惯量、驱动半轴扭转刚度的变化对轮毂运动冲击状态影响显著,影响车辆的平顺性。     

基于预瞄的智能车辆路径跟踪控制研究

针对智能车辆在实际行驶过程中的路径跟踪问题,综合考虑车辆位置和动力学状态,建立了二自由度车辆动力学模型和路径跟踪预瞄误差模型,并将预瞄误差模型与二自由度车辆动力学模型相结合。以最小化横向预瞄误差和车辆与目标路径之间的方位偏差为控制目标,基于线性二次型最优状态调节器(LQR),得到了安装四轮转向控制器的智能车辆的前后轮转角。将车辆的前后轮转角作为车辆模型的输入,控制车辆稳定地跟踪期望路径。仿真结果表明:提出的路径跟踪控制策略能够在车辆换道时始终维持横向预瞄误差和方位偏差在较小范围内,同时具有较好的横向稳定性。     

大客车后视镜振动性能预测与结构优化

客车后视镜是驾驶员判断车周路况的重要依据,为提高客车行驶安全性,需采用有限元分析方法计算求解后视镜的动态特性。采用Hypermesh软件对后视镜做约束模态分析,得到系统的各阶固有频率及振型。利用LMS测试软件,通过锤击法测试计算系统的各阶固有频率及振型以验证仿真模型的有效性。仿真与试验结果表明:后视镜在侧向与垂向的抖动较大,且1阶固有频率偏低,在该频率的激励下易产生共振,影响安全性,需将其控制在规定阈值内。因此对传统后视镜进行结构优化并进行模态分析,仿真结果表明,改进后的结构提高了系统的一阶固有频率,很好地降低了共振的危险性,提升了整车的NVH性能。这为今后设计开发后视镜提供了预测,也为提高客车整车NVH提供了依据。     

基于AMESim的电动客车传动系分析与研究

以某电动中型客车为研究对象,对加装变速器后的整车动力总成系统进行研究,分析并建立了整车数学模型。在此基础上,利用AMESim建立了整车仿真模型,并利用Matlab/Simulink建立整车控制器。针对NEDC循环工况和加速工况对其进行了模拟仿真;分析了传动系参数对整车加速度特性、最高车速、经济性及冲击度的影响。利用遗传算法对传动系的传动比进行了优化,在保证整车冲击度达标的前提下改善了整车动力性与经济性。     

基于变速积分PID的KRG速比控制策略研究

以新型锥环无级变速器为研究对象,针对在车辆速比变化较大工况下目标速比阶跃输入对实际速比影响较大的情况,采用变速积分PID控制器对锥环无级变速器的速比进行控制。通过Matlab/Simulink建立整车仿真模型和变速积分控制器模型,对急加速和全减速两种典型工况进行仿真分析,验证整车仿真模型和变速积分速比控制策略的正确性。基于dSPACE系统对搭载锥环无级变速器的样车进行实车试验,将试验结果与仿真结果对比,验证速比控制策略的可行性。     

基于主动横向稳定杆的汽车防侧倾控制策略及算法研究

在基于提高汽车的侧倾稳定性的基础上,建立了包含汽车侧向、横摆以及侧倾的3自由度动力学模型,设计了模糊PI-PD控制器,针对汽车的行驶状态实时提供抗侧倾力矩以防止侧翻事故的发生。由于"试凑法"对于控制器增益参数而言难以达到理想状态,通过遗传算法的迭代寻优找到全局最优解。仿真实验表明:针对主动横向稳定杆所设计的控制器及算法显著降低了车身侧倾角,提高了车身的抗侧倾能力。