重型载运车辆底盘集成控制研究综述

重型载运车辆是我国道路运输的主要装备.受路面环境和任务工况影响,重型载运车辆在坡道、泥泞、凹凸不平等非结构化路面的行驶速度低,侧滑与侧翻事故时有发生.底盘动力学集成控制技术是提高车辆机动性、平顺性、安全性及操稳性的有效手段.本文着重分析了主动悬挂控制技术、转向控制技术、驱/制动控制技术及底盘集成控制技术等方面的最新研究...     

分布式全线控电动汽车底盘集成控制研究

针对分布式全线控电动汽车四轮独立驱动/独立制动/独立转向的结构特点,提出一种基于分层架构的底盘集成控制策略． 该策略包括参考目标设定、集成控制层以及控制分配层 3 个主要部分． 参考目标设定主要实现驾驶员操作信息与车辆控制目标的转换,从车辆水平方向上可以划分成纵向加减速特性和侧向操纵稳定性;集成控制层利用具有反馈校正特征的模型预测控制方法实现对整车控制力和力矩的多目标优化;控制分配层以各车轮轮胎负荷率最低为优化目标,实现对各车轮驱动力矩和车轮转角的分配． 从仿真分析和实车低速工况验证的结果来看,所提出的底盘集成控制策略能够使车辆在实际行驶时较好地跟踪参考目标,并通过控制各轮胎负荷率近似相等来提高车辆的稳定性.     

小型车辆底盘维修的倾斜装置设计

本文主要介绍小型车辆底盘维修的倾斜装置设计及其工作原理和工作方法。     

考虑行驶稳定性的四轮转向车辆路径跟踪控制研究

为了改善高速和低附着路面上无人驾驶车辆的行驶稳定性和保障行车安全,以四轮转向车辆为研究对象提出了一种考虑行驶稳定性的路径跟踪控制方法。首先基于模型预测控制算法设计了四轮转向路径跟踪控制器,然后根据质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面稳定域和零质心侧偏角控制目标设计了车辆状态参数包络约束,在路径跟踪算法中加入轮胎侧偏角约束和车辆状态参数包络约束,保证车辆行驶时的稳定性。CarSim和Simulink联合仿真结果表明,采用基于包络线稳定性控制策略的车辆在高速行驶时或在低附着路面上行驶时能保持良好的路径跟踪能力并具有较好的行驶稳定性。     

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。     

基于最优轮胎力分配的车辆动力学集成控制

针对车辆主动转向和纵向滑移率调节系统的集成控制,将整体控制任务分为主环和伺服环两部分:主环中采用非线性滑模控制给出广义车辆运动稳定控制力,并具有足够的鲁棒性;伺服环将该稳定控制力最优地分配到4个轮胎上,并考虑轮胎接近饱和区域时的非线性以及执行器的约束条件.仿真结果表明,基于该算法的集成控制器能较好地改善横摆角速度响应,并抑制车身的侧滑,从而提高了车辆的主动安全性.     

轨道车辆用永磁同步电机系统效率优化智能集成控制研究

为提高轨道车辆用永磁同步电机（PMSM）系统在稳态下的效率,将智能控制技术与转矩补偿相结合,提出一种适用于轨道车辆用PMSM系统的效率优化智能集成寻优控制策略。在搜索的前半程采用模糊逻辑自适应地调节直轴电流分量效率的优化方法,自适应地调整步长,解决转矩波动问题;在搜索的后半程采用黄金分割法搜索,以加速搜索过程,提高收敛性;在整个过程中,引入转矩校正方案,在调节励磁电流的过程中,实时地补偿转矩电流,以解决转矩的脉动问题,保证系统动态和静态性能。针对100 kW的轨道车辆用永磁同步电动机开发了基于TMS320LF2407A DSP的效率优化智能集成控制系统。实验结果证明了本策略的有效性。     

基于模型预测控制的电动轮车辆横摆控制

为提高电动轮驱动车辆对不同路面的适应能力,基于模型预测控制提出一种将驱动电机的饱和输出力矩作为控制输入约束、将质心侧偏角作为输出约束的汽车横摆控制方法。建立2自由度的车辆状态空间模型作为预测模型,在线计算出跟踪理想横摆角速度所需的附加横摆力矩,通过调节相应驱动轮的驱动力来完成高效、简易的直接横摆力矩分配。将本文算法应用于四轮驱动的8自由度整车模型进行控制仿真,结果表明,该方法能够保证车辆在良好路面及湿滑路面上紧急转向和换道的操作稳定性,并能改善车辆循迹能力。     

轮履变体式车辆底盘越障性能研究

对全地形轮履变体式车辆底盘的典型越障性能进行研究.首先,参考某型车辆底盘,设计轮履复合轮（即变体轮）尺寸,建立三维模型;通过运动学和力学分析,确定出变体轮跨越壕沟、攀爬台阶及爬坡的临界状态,得到最大越壕宽度、最大越台阶高度和极限爬坡度.结果表明,轮履变体式车辆底盘具有很强的环境适应能力和较高的越障性能,且整体越障性能优于传统轮式和履带式车辆.这些为轮履变体式底盘的结构优化以及未来轮履复合式车辆的广泛应用提供了充分的理论依据.     

底盘集成控制系统探讨

本文从底盘集成控制的角度出发,探讨了底盘集成控制系统相关问题,在分析联合控制研究基础上,重点对于集成控制的方案进行分析,有利于提高汽车整车控制水平。     

线控转向四轮独立驱动电动车的AFS /DYC 集成控制

针对线控转向四轮独立驱动电动车的主动前轮转向( AFS) 与直接横摆力矩控制( DYC) 的集成控制问题,提出了一种基于模型预测控制的、采用分层集成控制结构的集成控制算法,设计了模型预测控制器,研究了基于二次规划的驱动力分配方法,并通过仿真实验对算法进行验证． 结果表明: 基于模型预测控制理论的集成控制算法能够使车辆有效地跟踪期望运动轨迹,提高车辆稳定性和主动安全性．     

考虑执行器时滞不确定的车辆编队网联巡航鲁棒模型预测控制

针对车辆编队中执行器时滞的不确定性,提出了一种基于鲁棒模型预测控制的新的车辆编队网联巡航控制方法。该方法能够实时处理编队安全约束,并兼顾车辆编队的弦稳定性与对执行器时滞的鲁棒性。首先,建立车辆编队的数学模型与网联巡航模型预测控制的控制架构,分析无约束条件下网联巡航模型预测控制的线性反馈特性。其次,基于H∞控制分析网联巡航线性系统对执行器时滞不确定的鲁棒性,得到车辆编队L2弦稳定性的实现条件。然后,通过控制器参数匹配,根据满足编队稳定性、鲁棒性要求的线性反馈参数对模型预测控制器的优化权重进行调整。通过不同执行器时滞的车辆编队系统仿真,结果表明,本文提出的控制方法简化了工程应用中相应的控制器参数匹配工作,进一步提高了车辆编队网联巡航控制系统的功能稳定性与安全性。     

半挂汽车列车紧急避障轨迹跟踪控制算法

针对多轴特种车高速机动过程中,应急避障易造成失稳侧翻的问题,本文中以具有自动驾驶功能的5轴特种车为研究对象,生成考虑行驶安全的多轴特种车行驶轨迹. 本文建立多轴特种车辆单轨动力学及高保真模型,开展模型校验研究;考虑多轴特种车辆及周围车辆的运动状态,建立车辆碰撞风险评估模型和避障稳定性约束模型;基于模型预测控制（model predictive control ,MPC）方法,生成车辆安全稳定行驶轨迹. 分析表明,本文提出的特种车辆安全轨迹规划方法能够降低行驶碰撞风险,同时有效约束车辆行驶时的横摆和侧倾,实现安全稳定行驶.

     

分布式电动车制/驱动力协调行驶稳定性控制

针对分布式电驱动车辆在转向极限工况失稳时通过驱动力协调提供横摆力矩有限及常规基于差分制动的稳定性系统控制精度不高的问题,提出了基于模型预测控制的4轮制/驱动力协调控制策略。该文依据模型预测控制系统结构,搭建了面向预测控制的车辆动力学模型; 以改善车辆行驶稳定性、极限工况下的通过性为目标,设计代价函数,构建了多输入多输出系统预测控制律; 利用经典的二次规划方法进行滚动时域求解。仿真实验结果表明: 制/驱动协调可提供更大的横摆力矩、更快的横摆响应; 基于模型预测控制的效果优于常规制动力反馈控制,可以进一步提高车辆横向稳定性。     

基于多约束随机模型预测控制的无人车运动规划与控制

提出了一种基于随机模型预测控制的无人车运动规划方法。在道路坐标系下,采用质点运动模型和高斯分布对周围动态车辆的预测轨迹进行位置不确定性表征,并使用随机模型预测控制（SMPC）中的机会约束进行描述,以此建立车辆空间位置的约束。通过变步长求解方式获得基于运动学模型的初始控制序列。基于此初始解,考虑车辆动力学信息,引入基于横摆角速度和质心侧偏角关系的稳定性约束,求解最优控制量。在多种工况下,通过仿真试验验证了所提出方法的有效性和稳定性。     

四驱混合动力轿车转弯工况路径跟踪控制

针对四驱混合动力轿车,提出一种转弯工况下集成横向与纵向运动控制功能的路径跟踪控制策略.在建立车辆动力学与动力系统模型的基础上,设计了基于轨迹跟踪误差的驾驶员预瞄转向模型;采用模糊控制器确定了期望车速,对转矩分配问题进行优化研究;设计了车速与轨迹跟踪模型预测控制器;搭建了CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真模型与自动驾驶模拟驾驶器,对控制策略进行了离线仿真和硬件在环仿真试验.研究结果表明,车辆转弯过程中路径及车速跟踪效果良好,满足转弯工况路径跟踪需求.     

基于FPGA的车辆横摆稳定预测控制器设计实现

为提高车辆横摆稳定预测控制器的实时性, 采用现场可编程门阵列(FPGA: Field Programmable Gate Array)设计实现了该预测控制器, 并采用基于罚函数的粒子群算法预测控制二次规划问题的求解。同时通过FPGA 进行并行运算, 以减少运算时间。为了验证控制器的有效性, 以车辆动力学软件veDYNA 中的车辆模型为被控对象, 以FPGA 为控制器的硬件实现平台进行了实时实验。实验结果表明, 基于FPGA 实现的预测控制器能很好地满足车辆横摆稳定控制的实时性要求, 为控制器的实车实验奠定了实践基础。     

汽车动态底盘控制系统多模式垂向控制及实车验证

为探明汽车动态底盘控制系统控制作用机理,研究其多种模式下的垂向控制策略并进行实车道路对比验证。建立半主动悬架1/4车辆模型,研究经典天棚和地棚控制算法,并在此基础上提出改进天棚控制策略,将其分别实施于动态底盘控制系统的舒适、运动和标准三种模式。仿真和实车道路验证结果表明,所提出的控制方案满足动态底盘控制系统多种模式可调的需求,并在某些模式下明显优于被动减振器和原车控制器。     

越野地形下智能车辆的动力学建模与轨迹跟踪

提出一种越野地形下智能车辆的动力学建模与轨迹跟踪控制方法.针对越野地形建立了考虑路面倾角的智能车辆动力学模型,并推导了基于零力矩点的车辆侧倾安全约束.然后考虑上述车辆动力学模型及安全约束条件,设计了基于模型预测的智能车辆轨迹跟踪控制器.仿真试验表明该方法可以有效地适应复杂的越野地形,并能够在实现无碰撞轨迹的同时防止车辆发生侧翻危险.