ABS模糊自适应控制器的设计与仿真研究

基于最佳滑移率的ABS自适应控制器要解决的问题有：在制动过程中,滑移率被稳定的控制在目标滑移率附近;自动识别道路附着状况,调整目标滑移率值以达到利用最大道路附着系数的自适应效果.本文在建立车辆单轮防抱死仿真系统的基础上,使用模糊控制,设计了一个基于最佳滑移率的复合式模糊自适应控制器。经ABS系统仿真实验表明,该控制器的控制稳定性、鲁棒性和自适应性均取得了良好的效果。     

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．     

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。     

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。     

考虑信号灯状态的电动汽车最优车速规划与避撞控制研究

为减小智能电动汽车在城市工况下巡航中的能耗并避免追尾风险,提出一种考虑信号灯状态信息的电动汽车节能与避撞分层控制系统.上层基于信号灯状态信息和车辆动态模型进行车速规划,在线滚动优化获得能耗最小的车辆参考速度序列;下层结合参考车速序列和多目标函数实时计算车辆的最优加速度并进行避撞控制.利用Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并基于前方存在和不存在人类驾驶车辆的工况对所提出的控制系统进行有效性验证.分析结果表明,上层车速规划能根据道路交通信息变化,得到最优参考速度,改善电动汽车的能耗特性;下层避撞控制能结合最优参考速度以及多目标函数评估结果,计算车辆最优加速度控制输入.可见,所设计的系统可以保障电动汽车节能、安全地稳定行驶.     

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.     

高速列车运行于软土地基线路引起的地面振动研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,建立了高速列车-轨道垂向耦合模型和轨道-土体有限元模型,提出了一种研究列车作用下地面振动问题的数值模拟方法.以高速铁路软土地基线路为例,分析了高速列车运行引起的地面振动特性,并探讨了采用水泥土搅拌桩加固软土地基对地面振动水平的影响.结果表明：当移动荷载速度达到土体表面的Rayleigh波波速时,匀质土体会产生类似于结构物共振的现象,而土体阻尼的存在能有效地降低地面振动水平,同时抑制临界车速下振动的突增;随着高速列车运行速度的增加,地面振动水平会不断提高,车速对地面振动的影响主要体现在近轨道区域内;软土地基加固后,地面振动位移和加速度均有不同程度的降低,距离地基加固区越近,水泥土搅拌桩的加固和减振效果越明显.     

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.     

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.     

商用车ABS预测控制方法研究

针对商用车制动过程中存在的强烈非线性和模型不确定性问题,建立了整车七自由度转向制动状态空间模型,提出了一种非线性连续预测控制方法,设计了基于滑移率的ABS非线性预测控制器.在控制器设计中,利用泰勒级数展开对系统状态进行适当的截尾处理,获得了系统预测模型,并将ABS路面识别算法引入参考轨迹设计,提出了多路面下的参考轨迹模型.当路况发生变化时,参考轨迹也发生相应的变化,而且在系统中引入了积分反馈,以增强系统的鲁棒性.仿真研究表明,当ABS存在建模误差、载荷变化和干扰时,该非线性预测控制器仍能够获得良好的动态响应和鲁棒性.     

高速铁路钢轨焊接区不平顺的动力效应及其安全限值研究

应用车辆–轨道耦合动力学理论及其仿真分析软件TTISIM,研究了钢轨焊接区低塌不平顺对轮轨动力响应的影响特征,分析了高速行车条件下典型焊接区低塌不平顺波长和幅值对轮轨动力响应的影响规律,在此基础上,提出了高速铁路钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值.分析结果表明:钢轨焊接区不平顺会导致明显的轮轨冲击效应,且该冲击作用由短波不平顺所控制;高速行车条件下,轮轨动力响应随着焊接区不平顺波长的增大而减小,随行车速度和不平顺幅值的增大而增大,其中,轮重减载率指标受不平顺波长和幅值的影响更为显著,为钢轨焊接区不平顺作用下行车安全性的首要控制指标;高速行车条件下,钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值随行车速度的增大而减小,随不平顺波长的增大而增大,叠合形不平顺幅值的安全限值受短波不平顺(波长小于0.2 m)波长和幅值的影响较大;在200~250 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.82 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.3 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.2 mm,叠合形不平顺幅值总的安全限值最大为0.5 mm;在250~350 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.62 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.2 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.14 mm,钢轨焊接区叠合形低塌不平顺幅值总的安全限值最大为0.34 mm.研究结果可为高速铁路钢轨顶面焊接区不平顺的养护维修管理提供理论参考.     

双离合器自动变速汽车换挡过程离合器模糊控制策略仿真研究

通过对装有双离合器自动变速系统汽车挟挡过程的分析,建立了双离舍器自动变速器的换挡过程的动力学方程。在分析双离合器自动变速汽车换挡品质影响因素的基础上,设计出两离合器分离、接合速度模糊控制器,并利用挡位传动比的变化对两离合器分离、接合速度模糊系统输出量进行量化修正。仿真结果表明,所设计的双离合器自动变速汽车换挡过程两离合器分离、接合速度模糊控制器较好地满足了汽车换挡平顺性和快速性的要求。     

基于Smith预估模糊PID复合控制器的研究

针对空调房间温度被控对象的大滞后大惯性,本文提出一种预估并联型模糊PID复合控制策略。根据偏差大小及时调整模糊和PID控制的比例,利用Smith预估器进行时间补偿控制,同时在模糊控制器上并联一个积分器以消除稳态误差。在模型匹配和失配情况下进行仿真研究,结果表明：该控制器不仅具有鲁棒性好、控制精度高以及响应速度快的特点,尤其在模型失配时具有良好的稳定性,而且对于大时滞系统是一种实用而简便的控制方法。     

分解式PID-模糊控制及其在ABS中的应用

为解决路面发生跃变时车轮抱死的问题,提出一种分解式PID模糊控制器（p-I-D Fuzzy）,并应用于ABS。建立模糊系统输出与输入的函数关系,结合PID表达式,理论分析表明该型控制器具有类似参数自适应整定PID的功能。分别在典型的高、中、低附着路面,以及跃变路面上进行仿真实验。结果表明这种控制器适应性强,在跃变路面下,超调量小,跟踪迅速。     

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.