智能车辆弯路换道轨迹规划与横摆率跟踪控制

对自动化公路系统弯路上智能车辆换道控制进行了研究.假设期望的侧向加速度满足正反梯形的约束条件,考虑起始车道和目的车道曲率的差别,提出了一种弯路上车辆换道轨迹规划方法,推导了换道时车辆在惯性坐标系的期望运动状态计算公式;根据车辆期望运动状态计算了车辆换道时的期望横摆角、横摆角速度和横摆角加速度;假定依靠角速度传感器获得横摆角速度信息,基于车辆侧向动力学模型,采用非奇异终端滑模控制方法,设计了横摆角速度跟踪车辆换道滑模控制规律.基于李雅普诺夫稳定性理论,采用相平面法,对控制系统的有限时间收敛性进行了分析.仿真结果显示,若不考虑内外侧车道曲率差别,规划的期望换道轨迹,在换道结束时与目的车道位置之间总是存在偏离,偏离程度随曲率半径减小而增大;本文考虑内外侧车道曲率的差别,能得到无偏差的期望换道轨迹;设计的横摆率跟踪控制规律能实现对换道轨迹的理想跟踪.     

汽车差动助力转向系统的可拓协调控制

根据电动轮汽车各轮扭矩独立可控的特点,改变左右转向轮的驱动力差提供转向助力,实现差动助力转向.考虑到差动助力转向系统对汽车稳定性的影响,利用Carsim/Simulink建立轮毂电机驱动电动汽车模型,设计了两层差动助力转向稳定性可拓协调控制系统.在上层控制器中,根据汽车行驶状态,建立可拓协调控制器,其中将二维可拓集合中的可拓距转换到一维可拓集合中计算,求解关联函数,确定各控制器输出权重.在下层控制器中,采用转向盘转矩直接控制策略,建立差动助力转向控制器;根据可拓域和非域中汽车状态的不同,实现基于横摆角速度和质心侧偏角的切换控制,进而建立横摆力矩控制器;基于二次规划方法对四轮驱动转矩优化分配,并根据所处的值域对3种不同的约束条件进行选择.最后利用Carsim和Matlab/Simulink在不同路面附着系数的双移线工况下进行仿真.仿真结果表明,与差动助力转向系统单独工作时相比,当路面附着系数为0.8时,该控制系统能够提高道路跟踪能力,横向偏差最多减少50%,纵向偏差最多减少30%,横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度明显减小,其均方根值分别优化了54.9%,21.4%和22.3%,改善了汽车操纵稳定性;当路面附着系数为0.4时,该系统能够避免汽车失稳,提高行车安全.     

可移动可弯曲输送机转向油缸控制方法研究

以可移动可弯曲输送机为研究对象,对输送机转弯过程中油缸的控制方法进行探讨。建立整机虚拟样机后,依次记录牵引车转弯角度;计算牵引车轨迹;计算各转向油缸对应伸出时间与位移;控制器控制辅助转向;最后完成轨迹跟踪。仿真分析证明该控制方法正确可行。     

高速工况智能车辆转向系统混杂控制研究

通过分析高速工况下交通事故的主要类型及驾驶员的3种基本驾驶行为,可知该工况下转向系统既有离散状态又有连续状态的特性,进而提出基于混杂系统理论的智能车辆转向系统多模式切换控制策略,并利用跨道时间和安全距离作为切换规律.以线控转向系统为执行机构,分别设计阻尼模式、保持模式和换道模式控制器.其中保持模式引入了一种控制预瞄点处侧向偏差的一阶导数和二阶导数的方法,不但有效地防止了超调,而且减少了车辆回到车道中心线的时间;换道模式利用模型预测控制算法,加入多个约束,提高了车辆换道过程的稳定性.从混杂系统稳定性的角度出发,设计了简单有效的稳定性监督器,防止车辆失稳.最后,在Car Sim/Simulink联合仿真平台及Car Sim/Lab VIEW硬件在环测试平台上验证了本方法的有效性和切换过程的稳定性.     

电磁多片式离合器扭矩分配控制数学模型构建研究

电磁多片式离合器中的电磁控制单元直接决定了四驱汽车动力分配范围.为研究电磁多片式离合器对整车动力分配性能的影响,必须建立其动力学模型,否则无法对电磁多片式离合器进行精确控制,也不能为整车控制提供有效的输入参数.文章针对这一问题,首先建立了基于电磁学和系统动力学的电磁多片式离合器力学模型,并与整车7自由度动力学模型相结合,通过Matlab/Simulink构建电磁多片式离合器四驱汽车动力学模型.其次以线性2自由度半车模型作为参考对象,运用神经网络PID优化扭矩分配控制系统,研究不同路面、不同车速和转向工况下电流的变化对电磁多片式离合器参与的扭矩分配对整车的转速差、车速、质心侧偏角及横摆角速度的影响规律.仿真结果表明:电磁多片式离合器的扭矩输出和电流大小成正比例关系,可以在0.5s时间内对转速差进行控制,保证整车车速,同时实现期望的质心侧偏角及横摆角速度.最后通过试验车进行验证得到仿真分析和试验数据符合良好,表明建立的电磁多片式离合器整车动力学模型的有效性,为电磁多片式离合器控制的四驱传动设计提供了理论依据.     

Mecanum三轮多向行走系统结构与运动原理

常规Mecanum轮一般用于组成四轮全方位系统。将三个完全相同的常规Mecnum轮放置在等边三角形的三个顶点，能构成一种具有实用价值的多向行走系统。该系统不需转向轮或转向机构，仪利用3个轮子旋转速度大小和旋向组合实现平面上一个绕车身中心的定轴旋转、三个沿车身三角形对角线的直线运动。并给出了该系统的结构图，分析了系统实现上述运动的运动学原理。     

车辆转弯制动ABS模糊控制及稳定性仿真分析

在Matlab／Simlink下建立了八自由度车辆系统的仿真模型。采用模糊控制方法，设计了基于滑移率的ABS控制算法。针对车辆转弯制动工况，对15m／s、20m／s、25m／s三种车速进行了仿真分析。仿真结果表明所建立的ABS控制器能有效提高车辆的制动性能以及中低车速下的稳定性，但定性分析表明车辆在高速工况下出现不稳定现象。为此利用稳定性判定式，对车辆转弯制动ABS控制下的稳定性做了定量判定。判定结果表明，高速时车辆仅有ABS控制并不能达到稳定性控制的要求。     

运用Lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制

建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的3自由度非线性整车模型：运用Lyapunov指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析．通过最大Lyapunov指数图和分岔图发现，车辆的横向运动非常复杂，包含了倍周期、拟周期以及混沌运动，对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的．利用滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SMVSC）方法，设计了SMVSC控制器，对车辆横向运动中的混沌进行了控制．为了减少SMVSC控制系统的抖振，进一步提高车辆在极限工况下行驶的横向运动稳定性，采用了幂次趋近律，利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略．最后将所设计的自适应趋近律的SMVSC系统在Matlab中进行了仿真，并将未加控制，SMVSC控制以及自适应趋近SMVSC控制三种仿真结果进行了对比分析，发现采用了自适应趋近的SMVSC控制对混沌的控制效果比其他的都要好，有效抑制了车辆横向运动中的混沌，显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性，充分证明了该控制策略是有效的．     

车辆全速巡航系统的干扰解耦鲁棒控制

建立了集成被控车辆及车辆间纵向行驶动力学特性的新型全速巡航系统模型, 针对模型中存在的外界干扰、参数不确定性及非线性特性, 提出了一种干扰解耦鲁棒控制方法. 该方法首先根据非线性干扰解耦（nonlinear disturbance decoupling, 即NDD）原理, 实现对模型中确定部分外界干扰的解耦, 在此基础上, 利用变结构控制（variable structure control, 即VSC）中滑动模的不变性特性, 消除模型中余下不确定性部分的影响, 最后将其应用于纵向行驶车辆全速自适应巡航控制（adaptive cruise control, 即ACC）系统, 并通过仿真计算验证其控制效果. 结果表明, 结合NDD原理及VSC方法设计的车辆全速ACC系统, 不仅对被控车辆内部各种不确定因素具有良好的鲁棒性能, 而且能够较好的消除被控车辆低速走停（stop and go, 即SG）工况下的强非线性特性, 以及高速行驶中前导车频繁加/减速的外部干扰影响. 此外, 控制系统结构简单, 可实现其控制性能的全局最优化.     

基于质量工程的电动轮汽车差速转向集成优化方法初探

建立电动轮汽车差速转向和整车三自由度动力学模型,提出电动轮汽车差速转向系统转向路感、转向灵敏度、转向稳定性的概念及量化公式,集成蒙特卡罗仿真的描述取样、带精英解的非劣前沿分级遗传算法和Taguchi鲁棒性设计方法,以转向路感和转向灵敏度为优化目标、转向灵敏度和转向稳定性为约束条件,对电动轮汽车差速转向系统参数进行集成优化设计.仿真结果表明：基于质量工程集成优化的电动轮汽车差速转向系统可在保证系统具有较好的转向稳定性、转向灵敏度基础上,有效提高系统的转向路感和转向灵敏度,为电动轮汽车差速转向系统的设计和优化提供理论基础.     

一种重载全地形机器人履带行走装置转向性能分析

为解决某重载全地形履带式机器人转向系统转向误差大、控制难度高等问题,以三履带转向系统为研究对象,运用理论计算方法对重载全地形履带式机器人转向过程非稳态运动学和动力学进行建模。最后通过对比理论计算和试验测试结果的方法对建立的非稳态转向模型进行验证,证明所建立重载全地形三履带机器人转向机构非稳态转向模型在预测履带行走装置转向性能方面具有一定可行性。     

基于柯西变异鸽群优化的大型民用飞机滚动时域控制

采用先进的控制方法对大型民用飞机的多操纵面进行控制,可以有效提高大型民用飞机飞行的安全性和可靠性.针对大型民用飞机的在线滚动时域控制(receding horizon control,RHC)问题,提出了柯西变异鸽群优化(Cauthy mutation pigeon inspired optimization,CMPIO).柯西变异鸽群优化不但保持了鸽群优化(pigeon inspired optimization,PIO)收敛速度快的优点,而且通过执行加入柯西变异的地图和指南针算子和地标算子,可以有效降低优化结果陷入局部最优的概率,改善滚动时域控制的快速性和稳定性.在协调转弯过程和协调转弯的故障重构两个算例的仿真中,基于柯西变异鸽群优化的滚动时域控制使大型飞机稳定地达到参考状态,控制器同时合理地完成了多操纵面的控制分配和故障重构.     

无人驾驶车辆横向控制策略研究进展

国务院《新一代人工智能发展规划》指出无人驾驶技术是发展新一代人工智能的重点任务之一。以无人驾驶车辆横向控制的试验和相关研究成果为基础,分析了无人驾驶车辆的研究动态,分别从经典控制、现代控制、智能控制、横纵向综合控制4个方面阐述了无人驾驶车辆的横向控制策略。分析结果表明:考虑无人驾驶车辆系统的非线性、时变特性和不确定性,发展数据驱动控制、多种控制策略和智能算法的结合使用将是无人驾驶车辆横向控制的研究热点,特别是横向和纵向动力学的多系统协同控制,将是今后的研究重点。     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

列车通过大跨度桥梁桥塔区域过程中的风-车-桥耦合动力分析

大跨度桥梁位于强横风环境时,桥塔的遮挡作用会使列车进出桥塔区域时车体受到的风力发生变化,这种风荷载的突变效应会对车辆的动力响应造成影响,此外车辆动力响应的改变还会影响桥梁的动力响应.本文以瓯江大跨公铁两用悬索桥为工程背景,以快速谱分析模拟风场,对桥梁子系统施加抖振风力,对桥梁子系统施加稳态风力,考虑桥塔宽度与车辆长度的关系,建立风-车-桥耦合系统运动平衡方程,以全过程迭代法求解该方程,分析计算了不同车速与风速下桥塔遮风效应对车辆桥梁动力响应的影响.结果表明风速和桥塔宽度越大,车辆的动力响应越大,而桥梁动力响应受桥塔遮风效应影响很小.     

双月旁转向周期轨道的解集域分析

双月旁转向周期轨道是限制性三体问题框架下的一类大尺度周期轨道.首先,分析了双月旁转向周期轨道的形成机理,采用了圆锥曲线拼接法进行轨道的初步设计;其次,深入剖析了双月旁转向周期轨道的解集域空间,并结合数值仿真,绘制了解集域内轨道参数的分布图;最后,比较了不同地心拱线旋转角速度下的轨道参数,并给出了两条典型轨道在各种坐标系下的轨道图形.结果表明：采用圆锥曲线拼接法进行双月旁转向周期轨道的解集分析是可行的,计算数据和结论能够为进一步轨道设计提供参考.     

俯控式单滑块变质心飞行器控制问题

针对以质点方式的滑块布局无法在实际工程中实现的问题,提出了一种大质量比的单滑块布局模式,并与喷气推力组合实现了飞行器的倾斜转弯.采用大质量比滑块的布局方式不仅易于工程实现而且可以提高飞行器的机动能力.通过动力学分析,结果表明大质量比的滑块在运动过程中会导致飞行器姿态与滑块转角之间的运动耦合,而且在动量交换过程所产生的惯性力矩也会影响飞行器的动态特性,因此滑块不能再作为质点来处理.针对这种强耦合非线性动力学系统,将非线性耦合项和未建模扰动视为总扰动,设计了一种线性扰动观测器对其进行估计,然后利用反馈线性化控制进行补偿.仿真结果验证了这种大质量比滑块布局模式的可行性,所设计的控制器可以实现对姿态指令的跟踪.     

高机动履带车辆动力学建模与悬挂特性优化研究

针对坦克装甲车辆在越野机动能力方面的迫切需求,开展了履带式行动系统动力学建模研究.整理得到多体动力学方程变分形式的矩阵表达式,提出以笛卡儿坐标和相对坐标相结合的方式分别推导车体和平衡肘-负重轮对系统广义坐标的贡献方程组,同时考虑了履带对车体及负重轮的受力关系,以及履带节距对地面的滤波作用.通过数值计算在频域对比分析了不同路面和车速下车体加速度和悬挂相对行程随阻尼比变化的影响规律,确定了基础阻尼比,进一步在时域环境对悬挂系统不同轮位和单轮压缩与复原行程的阻尼特性配比进行优化,通过相同路面的仿真对比得出的分配结果能够有效提高车辆的行驶平顺性和越野通过性能,为制定行动系统预测设计方法奠定了基础.     

基于多系统综合控制的车辆侧翻稳定性研究

为提高车辆抗侧翻能力减小其侧翻的危险性，建立了11自由度整车侧翻模型。根据各系统侧翻控制权重及有效作用范围，提出一种基于转向、悬架和制动的多系统侧翻控制策略并设计了相关控制器。对系统单独控制及综合控制进行了仿真对比分析。结果表明，综合控制策略在提高车辆抗侧翻能力的同时也很好的改善了车辆侧向稳定性。     

电动助力转向系统的建模及其全工况控制

将电动助力转向系统模型、轮胎模型以及非线性整车模型联系起来，建立完整的汽车转向动力学模型。针对EPS转向、回正、阻尼三种不同的工况，采用自适应模煳PID扣PID控制算法对EPS分刺进行了助力、回正、阻尼控制。仿真结果表明：所设计酶动力特性比较好的解决了转向轻便性和路感的矛盾，回正控制改善了车辆低速对低速时正性，抵制了车辆高速时的回正超调现象，阻尼控制能够有效的抑制路面的高频干扰，提高了汽车高速直线行驶的稳定性。