独立轮电液伺服转向系统数学建模与验证

针对独立轮电液助力转向系统结构简单、控制灵活,可满足传统单自由度梯形转向机构实现多轴车辆蟹行、原地转向、横移等特殊工况要求的情形,建立阀控单缸独立轮电液助力转向系统拉格朗日动力学模型.根据实际重型车辆转向系统搭建了1∶1实验台架,并基于dSPACE和硬件在环设计动力学模型实验验证方案.通过给定包括手动随机信号在内的多种输入信号,对比动力学模型和实验台架,得到反馈转角、压力和跟踪误差曲线.实验结果表明,转向角度、转向缸两腔压力等曲线匹配良好,验证所建动力学模型的正确性.该模型可为今后独立轮电液伺服转向系统的非线性控制与分析提供参考.     

多轴转向车辆模型跟踪控制分析

为降低对多轴转向车辆的控制难度,在考虑前轴机械转向对车辆转向性能的影响的基础上,对多轴转向车辆动力学模型进行了改进,将前轴车轮转角隐含到控制变量中;在改进的动力学模型的基础上,利用模型跟踪控制理论结合极点配置方法对多轴转向车辆进行了分析,得到车辆在不同车速情况下的横摆角速度和质心侧偏角的瞬态响应和频域特性.分析结果表明,利用模型跟踪方法对车辆进行控制,能获得较理想的跟踪效果,车辆在高速时瞬态响应没有超调量,响应时间缩短,提高了车辆在高速时的稳定性.     

基于稳态增益的主动转向系统可变传动比模型

分析了主动前轮转向系统双行星齿轮机构的工作原理,根据前轮转角的合成机理,分别建立了方向盘转角和叠加转角的运动学模型,通过比较单、双行星齿轮机构输出轴与输入轴的转速差,发现双行星齿轮机构比单行星齿轮机构的传动效率高,从而进一步推导出基于双行星齿轮机构的电机转角随方向盘转角及传动比的变化关系;为了改善汽车的动态转向特性及其在高速直线行驶时的抗干扰能力,以车速为输入变量,参考车辆系统稳态增益的变化范围,构建了可变传动比计算模型.MATLAB/Simulink仿真结果表明:通过该模型计算得到的转向系统角传动比能够随着汽车行驶工况灵活变化,主动调整前轮转角,提高了汽车的操纵轻便性和行驶安全性.     

AFS/DYC协调控制的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为进一步提高分布式驱动电动汽车行驶过程中的稳定性,提出主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)协调控制策略.为提高车辆稳态行驶时转向能力,设计基于滑模控制(SMC)的前轮主动转向控制器实时修正前轮转角;以维持车辆工作在稳态工作区为控制目标,设计基于模型预测控制(MPC)的车辆稳定性控制器,通过设定的分配规则按轴荷比等比例分配各轮驱/制动力矩.利用相平面法作为判定依据自适应分配各控制器权重,实现控制器之间的切换.在连续转向工况下,对控制算法进行仿真验证.结果表明:在相同转角输入下,相较于无控车辆,受控状态下车辆的横摆稳定性能提高了16%,行驶状态得到了改善.     

四轮轮式客车转向梯形的优化设计

为了减小客车转向时轮胎的磨损量,以四轮轮式客车向左转向为例,根据转向时的几何关系,推导出整体式转向梯形机构实际内、外侧车轮转角的关系表达式.以转向梯形底角和梯形臂长度作为设计变量,以外侧车轮实际转角与理想转角的累计相对偏差最小作为目标函数,利用Matlab软件作为优化设计工具,对客车的转向梯形进行优化设计.优化设计后的计算结果表明,优化后客车的转向特性曲线更加接近理想转向特性曲线,阿克曼偏差明显减小.     

四轴车辆全轮转向的最小转向半径模式研究

通过调整双前桥转向传动机构以适应四轴车辆的全轮转向,研究得出转向中心线由3、4桥中心移至2、3桥中间且靠近3桥对车辆转向特性的影响可以忽略. 在双前桥转向的基础上,以降低轮胎磨损、减小转弯半径为目标设计了四轴车辆最小转弯半径模式的控制算法. 另外,为减小后两桥车轮向外滚出让驾驶员有摆尾感觉,在控制输出时加入了定延时. 仿真结果表明所设计的控制器提高了四轴车辆的机动性,并且有效地改善了摆尾现象.      

轮缘半径对月球车鼓形轮原地转向阻力矩影响分析

为了给月球车的车轮构型设计、运动控制、模拟仿真等提供理论参考,基于地面力学理论,提出鼓形车轮下陷量判断方法,研究了其转向时轮-地接触的剪切特性与推土特性,并建立鼓形车轮原地转向的力学模型.理论分析表明:转向阻力矩随轮缘半径的增加而呈渐近线性增加.轮缘半径越小,车轮的转向阻力矩越小,使鼓形车轮较圆柱车轮具有更好的转向灵活性.利用月球车车轮运动性能测试系统对2种轮缘半径的车轮进行了原地转向实验,实验结果表明了该理论模型的正确性.     

基于轮边电机4WID电动汽车线控转向控制策略

对电动汽车的线控转向系统结构和基于两自由度的车辆动力学模型对线控转向稳态增益不变的理想转向传动比进行了设计;同时,利用MATLAB/Simulink建立线控转向系统数学模型和主动转向控制策略。在主动转向控制中,通过理想转向传动比和模糊滑模变结构动态稳定性主动控制算法,控制补偿轮边转向电机的转角。通过正弦输入的仿真试验表明,以理想转向传动比为基础,设计的此算法能满足车辆前轮转角实时补偿的需求,进而可有效提高了汽车的行驶稳定性。     

考虑侧偏角影响的双前桥转向角匹配研究

研究了双前桥转向系统中,整车的侧向加速度所造成的车轮侧偏角对实际车轮转向角的影响,提出了考虑侧偏角影响时双前桥转向的阿克曼条件.首先推导了存在车轮侧偏角时双前桥各车轮转向角之间的变化规律,提出了包含车轮侧偏角在内的阿克曼转角公式;其次以某双前桥转向的重型卡车为应用对象,将所推导的设计公式应用于该重型卡车的设计中,建立相应的多体动力学模型,借助于Adams软件的仿真分析对各车轮转向角进行了设计;最后通过实车试验验证了经修正后的阿克曼转角公式的正确性.     

考虑线控转向非线性和不确定性的转向角控制

研究了线控转向系统的转向轮转角跟踪控制.控制算法的设计建立在对轮胎回正力矩的非线性特性以及系统参数不确定性进行分析的基础上,并考虑了执行器力矩受限的情况.基于一种条件积分方法,设计前馈加抗积分饱和的状态反馈控制算法来获得期望的转向轮转角.根据非线性控制理论,通过建立李雅普诺夫函数,证明线控转向控制系统的渐进稳定.最后,通过实车试验证明控制算法能够有效实现转向轮转角的精确跟踪控制.     

三轴重载汽车转向制动协同控制仿真分析

为提高三轴重载汽车在转向制动工况下的安全性能,基于TruckSim汽车仿真软件,搭建了三轴重载汽车整车模型。对三轴汽车在转向制动工况下的力学特性进行了分析,基于分析结果设计了削减制动力的三轴汽车转向制动协同控制器。对于车辆处于不足转向的情况,设计了滑移率分配的模糊控制器。采用TruckSim与Simulink联合仿真,对ABS控制和协同控制在转向制动工况下的控制效果进行了探讨。仿真结果表明,在转向制动工况下,与ABS控制器相比,协同控制器提高了三轴重载汽车转向制动工况下的操纵稳定性和制动安全性。     

基于电液耦合转向系统的车辆载荷变化补偿控制

商用车载荷变化范围较大,导致车辆转向阻力矩变化范围较大;所以在车辆载荷发生变化时,驾驶员所需操纵力矩将随之变化,会使同一车辆的转向操纵手感随载荷变化而不同。针对这一问题,以一种新型电液耦合转向系统为硬件基础,提出了车辆载荷变化补偿控制策略。采用理论公式及Truck Sim软件仿真的方式分析了车辆载荷变化对转向阻力矩的影响,建立两者之间的对应关系;进而设计补偿系数。利用已搭建电液耦合转向系统硬件在环实验台对所提出的控制策略进行验证.结果表明:当带有补偿控制的车辆载荷发生变化时,驾驶员施加在转向盘处手力矩变化轻微,说明控制效果较好,有效减小驾驶员转向操纵手感的变化。     

线控主动四轮转向汽车控制策略研究

目的 针对线控四轮转向汽车横向稳定性不足及控制鲁棒性差等问题,提出一种主动转向反馈控制策略。方法 使用Simulink搭建线控转向系统转向执行机构动力学模型,将MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真,建立线控四轮转向整车模型;基于二自由度模型分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响,推导理想的横摆角速度和质心侧偏角;以横摆角速度增益恒定为依据设计理想传动比,得到期望前轮转角,以横摆角速度误差为控制量设计模糊控制器得到附加前轮转角对期望转角实时修正,实现前轮主动转向;针对横摆角速度和质心侧偏角与理想值之间的误差,加权得到稳定性控制目标;设计自适应积分滑模反馈控制策略输出后轮转角,对理想值进行跟踪,实现后轮主动转向。结果 仿真实验结果表明：所搭建的线控转向系统能够准确反映汽车动力学特性。相比无控制的机械前轮转向汽车与横摆反馈控制的四轮转向汽车,线控主动四轮转向汽车在双移线工况下将质心侧偏角控制在0值附近波动,横摆角速度跟踪误差控制在1.149 deg/s以内;在角阶跃工况下将质心侧偏角稳态值控制在0.065 deg,横摆角速度稳态值误差为0.074 deg/s。结论 线控...     

Design of Model Following Variable Structure Controller for Three-axle Vehicle

An optimal control procedure is developed for thefront and rear wheels of a three-axle vehicle movingon a complex typical road based on model followingvariable structure control strategy. The acthal vehiclemay be considered as an uncertain system. Corneringstiffness of front and rear wheels and externaldisturbances are varied in a limited range. Themodel-following variable structure control method is     

全轮转向多轴车辆性能分析及侧翻前馈预警研究

为研究多轴车辆的稳定性和安全性,建立了线性2自由度全轮转向车辆模型,并根据阿克曼原理计算了车辆的转向比例系数.基于准静态侧倾理论估计车辆的横向载荷转移率,利用拉普拉斯变换求解横摆角速度增益,进而提出了一种侧翻前馈预警算法.通过理论值与仿真值对比,发现所提出的算法可对车辆的侧倾状态进行有效的前馈预测,并且应用该算法还可计算出车辆转向时的极限车速和极限转角.研究对于车辆侧倾状态估计和侧翻控制预警具有重要的借鉴意义.     

四轮转向与主动悬架的模型预测集成控制

针对车辆极限工况下的稳定性问题,提出一种四轮转向和主动悬架的集成控制算法。根据四轮转向单轨参考模型和主动悬架双轨模型,建立集成控制矩阵,利用模型预测算法设计集成控制器。在实车验证基础上,采用Car Sim与Matlab联合仿真,获得了转向盘鱼钩输入下的车辆横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角等特性曲线,分析了该典型极限工况下车辆的稳定性控制品质。结果表明,所设计的四轮转向与主动悬架的集成控制策略能够显著的改善车辆的操纵稳定性,解决失稳问题。     

三轴汽车多轮转向技术研究

研究三轴汽车的转向控制方式.通过建立三轴汽车全轮转向二自由度模型,推导三轴汽车全轮转向系统的动力学方程;运用数值仿真方法,研究三轴汽车全轮转向,前、后四轮转向,前轮转向等不同转向方式下的稳态横摆角速度增益,以及相同转向方式下中轴相对于质心的纵向距离对稳态横摆角速度增益的影响.仿真结果表明,三轴汽车全轮转向是最好的选择.     

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.     

基于状态估计的无人车前轮转角与横摆稳定协调控制

针对无人车轨迹跟踪问题,提出了一种基于状态估计的无人车前轮转角和横摆稳定协调控制策略.建立了车辆轨迹跟踪模型,利用模型预测控制算法设计了轨迹跟踪控制器,得到实时跟踪参考轨迹所需的前轮转角.根据车辆模型设计了一种基于未知输入观测器的前轮转角估计方法,并将估计结果作为前轮转角跟踪控制的输入量.基于非奇异终端滑模控制设计了前轮转角跟踪方法,通过转向电机扭矩来控制车辆转向以实现轨迹跟踪.同时,设计了车辆横摆稳定控制器,通过控制横摆角速度跟踪误差确保车辆横摆稳定.建立了CarSim-Simulink联合仿真模型并进行仿真实测试.结果表明,未知输入观测器具有较好的前轮转角估计效果,从而为车辆协调控制提供可靠信息源,协调控制策略能够在保证车辆横摆稳定性的同时完成车辆轨迹跟踪.