基于改进型滑模控制的4WS汽车控制策略研究

针对线控四轮主动转向车辆受侧向干扰和变道行驶时存在的操纵稳定性问题,基于单点预瞄驾驶员模型、三自由度整车动力学模型和改进型滑模四轮转向（4WS）控制算法,建立了4WS整车驾驶系统,并设计了双移线行驶工况对其进行实验测试.在Matlab/Simulink软件中对该整车驾驶系统进行建模仿真,并与相同参数的经典型滑模控制的4WS车辆和无控制前轮转向（FWS）车辆模型仿真结果对比.结果表明:设计的改进型滑模控制器可以有效地实现双移线行驶工况,追踪理想横摆角速度,使质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度保持一个相对较小的值,并且对侧向干扰具有很强的鲁棒性.      

四轮独立转向无人车辆斜向行驶轨迹跟踪控制方法

针对四轮独立转向电动汽车转向系统成本高、但功能开发程度低的问题,提出一种车辆斜向行驶控制策略,优化四轮独立转向电动汽车换道过程中的行驶稳定性. 基于四轮独立转向电动汽车横向、纵向二自由度车辆模型,提出一种横纵向耦合轨迹跟踪控制方法,该方法基于线性时变模型采用模型预测控制（MPC）算法,对横向偏差、航向角偏差及纵向速度偏差进行闭环控制. 设计车辆稳定性控制器,包括横摆力矩控制器和转矩分配控制器,同时提高车辆轨迹跟踪精度和行驶稳定性. 最后搭建Simulink/Carsim/Prescan联合仿真平台,对四轮独立转向电动汽车双移线工况进行模拟换道仿真,仿真结果证明了斜向变道的可行性和横纵向耦合轨迹跟踪控制方法的有效性.      

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

基于垂向振动负效应的新型轮毂电机电动汽车平顺性影响

为解决轮毂电机电动汽车非簧载质量过大导致的垂向振动负效应问题,提高车辆行驶平顺性和安全性能。以一种定子悬置的新型轮毂电机电动轮为研究对象,建立考虑吸振器效应的1/4车辆垂向动力学模型,研究定子质量转移构型对电动轮垂向振动特性及整车平顺性响应的影响;在此基础上,基于电动轮系统的振动传递路径特性,以电机定子和整车质心位置的加速度响应值为优化目标函数,通过Patternsearch理论方法对橡胶衬套的刚度和阻尼进行优化设计与分析。结果表明,该电动轮结构形式及参数优化设计能有效改善轮毂电机电动汽车行驶平顺性能,为新型电动轮结构及整车动力学特性进一步优化提供了参考。     

基于垂向振动负效应的新型轮毂电机电动汽车平顺性影响研究

为解决轮毂电机电动汽车非簧载质量过大导致的垂向振动负效应问题,提高车辆行驶平顺性和安全性能。本文以一种定子悬置的新型轮毂电机电动轮为研究对象,建立考虑吸振器效应的1/4车辆垂向动力学模型,研究定子质量转移构型对电动轮垂向振动特性及整车平顺性响应的影响;在此基础上,基于电动轮系统的振动传递路径特性,以电机定子和整车质心位置的加速度响应值为优化目标函数,通过Patternsearch理论方法对橡胶衬套的刚度和阻尼进行优化设计与分析。结果表明,该电动轮结构形式及参数优化设计能有效改善轮毂电机电动汽车行驶平顺性能,为新型电动轮结构及整车动力学特性进一步优化提供了参考。     

轮毂电机驱动电动汽车耦合动力学特性参数灵敏度分析

以两后轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车辆动力学纵向、横向和垂向的主要耦合因素,建立了整车16自由度非线性耦合动力学模型;并基于Adams/Car对模型的正确性进行了验证。在此基础上,以侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、垂向加速度及轮毂电机定转子间的相对位移为评价指标,对前后悬架刚度、车身与电机质量比、定转子质量比、轴承与轮胎刚度比对动力学评价指标的影响进行分析。在分析各项系统参数对动力学评价指标影响的基础上,采用扰动法对各项系统参数进行灵敏度分析。结果表明,对侧向加速度和横摆角速度影响最大的均为定转子质量比,灵敏度分别为4×10-3和1.21×10-2;前悬架刚度对侧倾角和垂向加速度的影响最大,灵敏度分别为2.69×10-2和2.06×10-2;后悬架刚度对俯仰角的影响最大,灵敏度为2.9×10-3;定转子质量比对两轮毂电机定转子间的相对位移最为敏感,灵敏度分别为9.550 2×10-7和1.007 3×10-6。为后续轮毂电机驱动电动汽车结构参数优化设计及动力学控制的进一步研究奠定了理论基础。     

公路软基过渡段车辆振动特性影响因素

为了分析沉降变形后路面结构对车辆行驶振动特性的影响作用,采用两自由度1/4车辆模型及随机激励与离散型激励相结合的路面模型建立车辆路面耦合系统,以车身垂向振动加速度为指标,分析了路面变形模式、车辆参数、车辆行驶速度、行驶方向等因素对车辆行驶振动响应量的影响规律。研究结果表明:绝对沉降量相同时,不同路面变形模式下车辆垂向振动加速度相差为32.2%~84.6%,车身垂向振动加速度对大于80km/h的车速变化较为敏感,路面破坏变形模式与车辆行驶速度是影响车辆振动特性的主要因素,制定基于车辆振动特性的沉降控制标准时,应针对不同沉降变形模式与不同车速分别制定相应的控制标准。     

四轮随机路面激励下的七自由度车辆响应特性

为了研究不同等级道路下车辆动态响应以及轮胎动载荷的变化情况,根据国家路面不平度分级标准,采用滤波白噪声法建立了随机路面时域模型并与标准路面的功率谱密度对比验证模型的准确性。通过四个车轮之间的传递函数建立了四轮随机路面时域激励模型;并以该模型作为不平路面激励,考虑悬架拉伸和压缩状态时的不同阻尼,建立七自由度整车行驶动力学模型。研究了车辆质心垂向加速度、俯仰角、侧倾角以及轮胎动载荷随路面等级的变化情况。结果表明:车辆和轮胎的动态响应随着路面不平度的增加而增加。可见,搭建的整车模型能够很好地反映不同路面下车辆的动态响应,为车路耦合的深入研究奠定基础。     

四轮轮毂电机独立驱动电动汽车的振动特性分析

以四轮轮毂电机独立驱动电动汽车为研究对象,为全面分析轮毂电机引起的垂向振动负效应,建立了电动轮车整车振动系统的动力学模型,在Matlab软件平台下,采用模拟的随机路面谱作为整车四轮路面输入,对电动轮车的行驶平顺性进行仿真和评价,分析比较了轮胎刚度、悬架阻尼和轮毂电机质量等系统参数对平顺性的影响,为后续轮毂电机的设计和垂直振动控制策略提供参考.     

面向车路耦合的6×6轮式机器人动力学分析

为了准确地描述采用6个轮边电机独立驱动的双减震轮式机器人的响应特性以及轮胎的动载荷,通过构造适合不同等级路面的6×6轮整车13自由度垂向动力学模型进行仿真。该模型包含了双边6个车轮垂向位移,车身质心垂向位移,车身四角垂向位移,车身俯仰运动以及车身侧倾运动,并且将左右轮在行驶过程中的相干性以及行驶过程中左右轮地面信号输入的不同的情况考虑在内;同时利用三角级数法构造并验证了仿真所需的各级路面时域信号,可以模拟在任何等级路面下的运动情况;建立了利用MATLAB/Simulink平台求解该动力学模型以获得响应特性及轮胎动载荷的研究方法。结果表明,在F级路面下的整车13自由度垂向动力学模型的可行性以及准确性。可见,该动力学模型可为以后6×6双减震轮式机器人相关参数(例如悬架优化,有限元分析,轻量化设计)的优化提供参考。