基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。     

分布式电动汽车行驶状态与路面附着系数估计

路面附着系数是影响汽车行驶状态估计的重要因素,单一路面附着系数下的汽车行驶状态估计无法适应各种路面工况。针对分布式电动汽车行驶状态与路面附着系数估计问题,研究了一种基于双容积卡尔曼滤波理论的联合估计算法。利用分布式电动汽车多信息源优势,建立3自由度车辆估计模型,将多传感器信号作为估计模型的输入,侧向力通过Dugoff轮胎模型计算获得,设计行驶状态和路面附着双容积联合估计算法。通过典型工况对接路面双移线进行仿真实验,结果表明算法能够实现实时准确估计。     

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。     

轮胎模型动态特性及参数分析

基于LuGre摩擦理论对不同路面条件下轮胎动态摩擦力进行仿真分析,表明轮胎在行驶过程中受到的摩擦力有明显的"迟滞"现象,且受到路面条件的影响,能较好地反映轮胎与路面接触时的动态特性。根据轮胎模型建模理论搭建了动态轮胎模型,通过路面附着系数与滑移率曲线对其参数进行分析,选取了合适的轮胎参数进行模型仿真分析,验证了搭建的动态轮胎模型的准确性和鲁棒性。仿真结果表明:基于LuGre理论搭建的动态轮胎模型能较好地模拟车辆行驶过程中轮胎的动态受力特性。     

制动工况下未知路面附着特性识别方法

路面附着特性是影响车辆制动性能的重要因素之一,而实际中车辆行驶的路面往往是未知的或非典型的。为了改善车辆在未知路面行驶时的防抱死制动控制性能,提出了一种瞬时车况路面附着特性识别方法。基于行车瞬时采样数据,结合典型路面的附着特性曲线,对未知路面附着特性的几个数据节点进行了估算。最终利用4组附着特性数据节点对未知路面附着特性曲线进行拟合,得到当前未知路面上车轮滑移率与附着系数关系曲线。将识别结果与典型路面Burckhardt轮胎路面模型进行对比,结果表明,该识别算法可利用单个滑移率-附着系数关系对未知路面附着特性曲线进行有效识别。     

ABS四轮车辆的Matlab/Simulink建模与仿真

建立了一种四轮车辆制动防抱死系统(ABS)的车辆模型、轮胎模型、路面状况模型和轮速传感器模型，嵌入了气压制动系统和ABS控制逻辑模拟；采用Matlab／Simulink模拟了汽车在直线制动，转弯制动和不同附着系数路面制动的运动状态，为ABS产品的开发提供了依据．     

道路表面特性突变对车辆安全性的影响仿真分析

为了探究车辆在经过路面附着系数变化路段时的行驶安全性,基于ADAMS/CAR建立人-车-路仿真系统,仿真模拟车辆在经过路段积水区域与隧道出入口附着系数较低路段的行驶状况,依据车辆动力响应指标,分析车辆在经过附着系数变化路段时的车辆安全性,提出相应的安全驾驶对策。仿真结果显示:在大半径曲线路段,轮胎单侧或交替经过积水区域比经过全段积水区域时可能更安全些,驾驶员应及时向积水相反方向转动方向盘有利于驾驶安全;车辆在减速驶入隧道和加速驶出隧道时,车辆加速度与路面附着系数对车辆安全行驶状态影响较大。因此建议驾驶员在隧道出入口制动与加速不要过快,进入隧道时应该提前减速,出隧道时不要急于加速或者匀速驶出隧道。     

变附着系数路面的紧急避撞控制研究

针对汽车避撞过程中路面发生突变导致传统控制策略失效的问题,提出一种基于路面实时识别的自适应紧急避撞控制策略。首先利用递推最小二乘法(RLS)对路面附着系数进行实时在线识别;然后依据纵向安全距离模型将路面突变分为2种形式:一种为安全距离以内路面发生突变;另一种为汽车当前位置到安全距离临界点这一段路面发生突变,并针对此2种工况设计自适应控制策略。在搭建的Pre Scan与Matlab/Simulink联合仿真平台中验证了该控制策略的有效性。结果表明:该控制策略能很好地完成路面突变条件下传统单一制动控制失效情况下的紧急避撞。研究结果为汽车的主动安全控制提供理论支持。     

重型车辆ISD悬架平顺性与道路友好性分析

为解决重型车辆行驶过程中引发的道路损伤难题,提升重型车辆的平顺性与道路友好性,将加装惯容器的ISD(inerter-spring-damper)悬架应用于重型车辆悬架系统中,建立了重型车辆ISD悬架半车模型。运用改进粒子群算法对悬架系统的主要参数进行优化求解,并在不同路面等级和不同行驶车速条件下进行仿真分析。结果表明:与传统被动悬架相比,应用惯容器的重型车辆ISD悬架可有效抑制悬架的低频共振,减小重型车辆轮胎动载荷对道路的损害,显著提升重型车辆的平顺性与道路友好性。     

粘滞阻尼系数对磁流变悬架影响分析

建立了汽车磁流变半主动悬架1/4车辆模型的基础上，采用模糊控制策略，对半主动悬架进行模糊控制仿真。粘滞阻尼系数是磁流变阻尼器的重要参数之一，为研究其对悬架性能的影响，在Simulink环境下采用多次对粘滞阻尼系数赋值的方法，分别对半主动悬架簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根值进行了仿真计算，得到了粘滞阻尼系数对悬架性能的影响曲线。结果表明：调节粘滞阻尼系数可使簧载质量加速度均方根值达到最小值；增大粘滞阻尼系数可使悬架动行程和轮胎动载荷减小。粘滞阻尼系数为定值时对半主动悬架和被动悬架进行了仿真对比。     

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。     

主动悬架非脆弱H_∞控制器设计

考虑车辆建模不确定性和执行器参数不确定性,基于2自由度1/4车辆模型设计主动悬架的非脆弱H_∞控制器,使悬架加速度、悬架动扰度、轮胎形变量得到优化。非脆弱H_∞控制器通过LMI(linear matrix inequality,线性矩阵不等式)算法求解,并在Matlab7.0/Simulink环境下搭建仿真模型进行仿真分析。研究结果表明:该控制器能有效改善车辆的乘坐舒适性,较好地解决平顺性与操纵稳定性之间的矛盾。     

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MPC算法的车辆自适应巡航系统分层控制研究

以前车加速度为参考,考虑跟车效率、行车安全性等因素,建立了车辆的自适应巡航控制策略;设计了基于模型预测控制算法(MPC)计算期望加速度的上层控制器;建立了逆纵向动力学模型计算节气门开度或制动力,实现自适应巡航功能的下层控制器。通过Matlab/Simulink和Carsim软件的联合仿真对巡航工况、巡航-跟车综合工况进行验证,结果表明:该控制方法能够使车辆获得理想的巡航速度,实现车辆在安全车距下较好地跟踪前车。     

重载车辆不同行驶条件下沥青路面结构动态响应分析

重载车辆在不同行驶条件下对路面的破坏程度有所不同,为定量分析何种行驶条件对路面影响最大,从实际路面结构出发,采用有限元仿真模拟对比分析重载车辆在匀速、制动和加速3种行驶状态下对路面不同结构层的动态响应影响规律,以制动为车辆行驶条件,进一步分析不同水平力系数Φ(0.3、0.5、0.7、0.9)对路面结构动态行为的影响。结果表明,3种行驶状态下路面结构层的横向应力和竖向应力差距均在10%左右;而路面结构层在减速和加速行驶状态下的纵向应力和纵向剪应力较匀速增涨幅度可达100%～150%;在分析的Φ范围内,横向应力和竖向应力极值在相邻水平力系数下变化幅度为1%～5%,而纵向应力和纵向剪应力极值随水平力系数的增加而变大,最大差值分别为0.596、0.618 MPa。     

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。     

四轮毂电机电动车对开路面制动能量回收策略研究

以对开路面下四轮毂电机电动汽车制动能量回收控制策略为研究对象,以提高对开路面下的制动能量回收效率和制动能量回收时的制动稳定性为目标,考虑制动强度对制动能量回收效率的影响及对开路面对制动稳定性的影响,提出了当两前轮轮毂电机制动力大于制动需求时,仅由两前轮轮毂电机提供制动力,反之,由4个轮毂电机共同提供制动力,对开路面下制动时,依据两侧路面附着系数分配左、右轮制动力的控制策略;基于Matlab/Simulink搭建了制动能量回收控制模型,基于FTP-75工况及对开路面工况,分别对制动能量回收有效性及制动稳定性进行验证,仿真结果表明:一次FTP-75工况下,采用所提的控制策略能够回收0.132kW·h的能量,相对于2个轮毂电机、4个轮毂电机按固定比例提供制动力的控制策略分别提高23.3%、7.3%;在对开路面制动时能够缩小两侧车轮地面制动力的差值,减小车辆横摆力矩,有效提高汽车制动稳定性。     

基于车辆前方目标运动模型的主动避撞系统的研究

为提高毫米波雷达在探测目标运动状态方面的精确性,针对车辆前方目标运动特点,基于目标运动模型,采用卡尔曼滤波跟踪方法,根据城市道路车辆行驶的实际情况,选取当前统计模型作为机动目标模型,采用基于当前统计模型的卡尔曼滤波跟踪算法,应用Simulink搭建仿真模型,就匀速运动、匀加速运动及变加速运动3种前方目标行驶工况进行目标跟踪仿真对比试验。仿真结果表明:该算法可用于3种工况的目标跟踪,且误差小,具有良好的跟踪效果。搭建实车试验平台,采用一种安全距离模型,对目标跟踪算法进行实车试验。结果表明:使用该算法后车辆避免了碰撞,所建立的模型是可靠的。     

位移相关减振器对匹配机械弹性车轮的汽车操纵稳定性的影响

为了提高轮胎行驶安全性,避免出现轮胎刺扎、爆胎等情况,同时针对车辆是否具有良好的操纵稳定性等问题,研究了一种阻尼特性随活塞位置变化而改变的位移相关减振器对匹配机械弹性车轮的汽车操纵性的影响。在传统被动式双筒减振器的基础上,建立位移相关减振器的Simulink模型,将该模型导入匹配机械弹性车轮相关参数的Carsim整车模型,在正弦与双移线两种工况下进行Simulink与Carsim的整车联合仿真试验。联合仿真试验结果与传统被动式双筒减振器的结果进行对比分析表明:在空载高速状态下,装有位移相关减振器车辆的横摆角速度与侧向加速度峰值均较小,具有更好的操纵稳定性,并且在车辆行驶平顺性上也有所改善。     

基于改进蚁群算法的汽车避障路径规划

为在不同工况下为汽车规划出一条安全且合理的局部避障路径,利用MAKLINK图论法建立带有障碍物的二维环境模型,通过Dijkstra算法规划初始次优避障路径,考虑车辆运动学等约束改进蚁群算法,从而搜索出一条最优避障路径。在Simulink中搭建车辆-驾驶员闭环系统模型,将最优避障路径输入到该模型中进行路径跟随;根据汽车主动安全评价指标对路径跟随效果及车辆横向稳定状态进行评价。结果表明:改进蚁群算法规划出的避障路径具有较好的跟随效果,且符合车辆横向稳定性要求。说明改进后的蚁群算法进行汽车局部路径规划具备一定可行性。