基于数据融合的四轮独立转向车辆研究

为了提高四轮独立转向车辆的操纵稳定性,文章提出一种基于数据融合算法的车辆转角控制分配策略。策略分上下2层：上层为后轮转角控制,为使车辆跟随理想横摆角速度和质心侧偏角,通过滑模控制理论控制后轮转角,并与前轮比例前馈控制的后轮转角进行数据融合;下层为转角分配,基于阿克曼转向关系并考虑轮胎侧偏的影响,进行四轮转角的分配。通过MATLAB/Simulink在不同工况下进行仿真分析,对比线性二次调节器(linear quadratic regulator, LQR)控制四轮转向和融合控制四轮独立转向的横摆角速度和质心侧偏角。仿真结果表明,所提出的融合控制策略在不同工况下改善了车辆操纵稳定性。     

基于阿克曼原理的三轴车辆全轮转向最优控制

基于阿克曼原理,采用向量法推导车辆各轮转角间运动学约束关系,并结合全轮转向三轴车辆2DOF动力学模型,重构车辆状态空间方程,建立车辆全轮转向最优控制模型。考虑典型双移线和圆-直线的复合轨迹工况下,基于Matlab/Simulink和TruckSim联合仿真研究车辆质心侧偏角、横摆角速度、轮胎力和轮胎滑移率等变化规律。结果表明:相比于传统前轮转向车辆,全轮转向车辆具有更好的操作稳定性;文中最优控制策略能够减小车轮轮胎力和滑移率,进而有效降低胶轮磨损。     

基于模糊控制的三轮全转向叉车转向研究

目前对三轮全转向叉车的研究一般集中在研究车辆模型,但缺乏考虑转向规律是否符合阿克曼转向定理,也缺乏对各类工况下的叉车转向分析,尤其是负载情况下的叉车转向分析。文章以车辆的二自由度线性模型为基础进行展开研究。整车系统仿真的输入为方向盘转角,模糊控制器以质心侧偏角等于0为控制目标来控制后轮转角,同时用阿克曼转向定理来调整左前轮和右前轮转角,由此实现三轮全转向。最后通过对各种转向工况下的仿真,验证了模糊控制转向策略的有效性。     

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.     

分布式全线控电动汽车的底盘集成控制

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.     

考虑车辆侧偏刚度变化的MPC稳定性控制方法

针对侧向行驶车辆易发生转向失稳，构建了一种考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆稳定性控制方法，以避免轮胎侧向力饱和，提高行车安全性.采用前、后轴轮胎侧偏角分段拟合方法建立轮胎侧偏刚度拟合模型，将拟合过的侧偏刚度引入到车辆动力学模型中，准确描述车辆当前的动态性能.为了避免轮胎侧向力饱和引起的转向失稳，本文提出一种基于模型预测控制(model predictive control, MPC)算法的前后轴约束的轮胎侧偏角的车辆稳定性控制方法，以优化车辆的转向性能.仿真结果表明，车辆稳定性控制方法能够将前后轴的轮胎侧偏角抑制在一定范围内，根据侧偏刚度的变化，避免车辆侧滑现象的发生，提高了车辆的稳定性.     

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.     

基于相平面的车辆AFS与DYC可拓协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性,弥补主动前轮转向(AFS)在轮胎侧向力饱和的情况下对车辆稳定性控制的不足,引入直接横摆力矩控制(DYC),设计了基于相平面的可拓协调控制系统,分为上、下两层。上层为AFS和DYC的功能协调层,以轮胎侧偏特性线性极限和β相图稳定域边界作为依据来划分汽车行驶状态,对应于可拓集合中的经典域、可拓域和非域,运用可拓学理论求解关联度函数,并确定控制器间的协调权重;下层为主动前轮转向控制器和直接横摆力矩控制器,均采用粒子群算法优化PID控制参数。利用Simulink与CarSim软件搭建联合仿真试验平台,选用低附单移线工况和低附阶跃转向工况进行仿真验证。结果表明,本文所设计的可拓协调控制策略能有效弥补单一主动前轮转向控制的不足,改善车辆对参考轨迹的跟踪效果,并能降低质心侧偏角,保证了车辆的行驶稳定性。     

基于线控技术的四轮转向全滑模控制

针对具有线控技术的四轮转向车辆,设计了一种全滑模控制器用于提高车辆的操纵稳定性.以前、后车轮转角作为控制输入,设计全滑模控制器使实际的质心侧偏角和横摆角速度跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度,通过在滑模面中加入跟踪误差积分项来消除稳态跟踪误差不为零的现象,并运用Lyapunov定理给出了全滑模控制器的稳定条件.最后通过2种车辆模型下不同工况的仿真分析,对比了传统前轮转向、常规滑模控制的四轮转向和全滑模控制的四轮转向的动力学响应,结果表明所设计的全滑模控制器不仅消除了稳态跟踪误差不为零的现象,而且提升了车辆抵抗外界干扰和系统参数摄动的鲁棒性.     

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。     

分布式驱动电动方程式赛车扭矩分配策略

本文旨在提高分布式驱动电动方程式赛车在高速转弯时的操纵稳定性,提出一种基于模糊神经网络算法的驱动扭矩分配策略。首先,基于车辆二自由度模型设计质心侧偏角观测器获取实际质心侧偏角;其次,以横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量,基于模糊神经网络算法设计扭矩分配控制器来控制车辆行驶状态。运用Matlab/Simulink和Carsim仿真软件建立车身稳定性控制系统的联合仿真模型,并对蛇行绕桩与双移线工况进行仿真分析和实车测试。试验结果验证了所提扭矩控制策略的可行性和有效性。     

转向紧急避撞轨迹规划与模型预测跟踪控制

为了实现安全地转向紧急避撞,提出了一种限制侧向加速度的多项式轨迹规划方法。在确定规划起始和结束时间运动状态参数时,导出规划轨迹时间段内侧向加速度的表达式。为了提高转向避撞的车辆稳定性,设置一个侧向加速度峰值的限值,根据该限值下的加速度峰值方程式确定各种车速下的轨迹纵向末位置。其次,为在转向避撞时准确跟踪规划轨迹,采用多约束模型预测控制(MMPC)进行避撞轨迹跟踪。基于3自由度车辆动力学方程建立预测模型,同时考虑轮胎侧偏角、前轮转角及其增量作为稳定性约束。最后,进行3种车速下的Carsim/Simulink软件联合仿真,并与单约束模型预测控制(SMPC)进行对比。研究结果表明:MMPC最大横向跟踪误差不超过0.23 m,前轮转角无突变。车辆侧向加速度及轮胎侧偏角均在约束范围内,较好地实现了转向紧急避撞。与MMPC相比较,SMPC在80 km/h时轮胎侧偏角超过线性范围,车辆发生了侧滑。     

基于转矩矢量控制分布式电驱动客车操纵性改善方法

基于分布式电驱动系统,设计转矩矢量控制提高分布式驱动电动客车操纵性能。针对大客车转向时的载荷变化大,以及轮胎、悬架、转向系耦合特性强的特点,采用多项式描述前后轴等效侧向力和回正力矩与侧偏角关系,并设计质量估计算法在车轮垂向载荷变化时对侧偏刚度进行修正。考虑车辆非线性特性,定义车辆理想转向特性,并设计不同转角与车速下的直接横摆力矩控制前馈项。为提高控制器鲁棒性,采用抗积分饱和的滑模变结构控制算法设计直接横摆力矩控制反馈项。仿真和试验结果表明,施加操纵性改善控制后,车辆更接近中性转向,蛇行试验峰值转角平均值降低21%以上,操纵性能显著提升。     

车辆横向稳定性的模糊控制仿真

车辆横向稳定性一般是由车辆的结构来保证的,但车辆在较大侧向力作用下将丧失横向稳定性.通过建立车辆转向运动的简化模型,利用前馈补偿和模糊控制策略,将前轮转向角视为前馈输入变量来补偿转向角引起的车辆侧偏角变化;通过左右车轮制动力差产生附加力矩来控制车辆的横摆运动,同时以车辆横摆角速度为反馈输入变量来校正消除系统误差,设计了车辆模糊控制器,并对控制系统在不同车速下进行了仿真分析.仿真结果表明,施加控制的车辆与无控制的相比,横摆角速度与侧偏角的输出稳态值减小,超调量降低,改善了车辆的横向稳定性.特别在高速情况下,车辆横向稳定性改善更加明显.     

汽车ESP系统模型和模糊控制仿真

汽车电子稳定系统（electronic stability program, ESP）是行驶车辆的一种主动安全系统。它综合了制动防抱死系统,驱动力控制系统和横摆力矩控制系统使行驶车辆的安全性得到很大地提高。建立了七自由度整车模型、magic formula 轮胎模型以及车辆参考模型,采用车辆质心侧偏角的状态差异法,应用模糊控制理论设计了质心侧偏角反馈控制器,将建立的模糊控制器模型和汽车动力学模型组合起来,并通过前轮转角阶跃输入和正弦输入,在常见的易于失稳的湿滑路面上对典型工况进行仿真。结果表明：所设计的控制器可以很好地控制汽车的横摆角速度和质心侧偏角,提高了车辆的稳定性。     

基于线控转向的差动转向控制策略研究

针对分布式电驱动整车差动转向问题，文章以线控转向机构作为转向执行机构，研究基于横摆角速度和车辆路径的综合反馈控制策略。采用MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真，设计滑模控制器和线性二次型调节器，重新分配四轮转矩，决策出合理的前轮附加转角，以保证汽车的行驶稳定性，并选取典型工况对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明，基于横摆角速度的滑模控制器与基于路径的路径跟踪控制器的综合控制策略，相较于传统基于横摆角速度和质心侧偏角的滑模控制器，车辆实际横摆角速度与理想横摆角速度误差大幅下降；车辆路径与期望路径误差亦得到有效控制。     

计及侧偏特性的转向系统分析和优化

通过对轮胎侧偏理论和轮胎受力的研究,分析了在转向过程中的载荷重新分配情况对轮胎侧偏特性的影响和侧偏角对车辆转向特性的影响,在用阿克曼理论设计时应该考虑前后桥侧偏特性的影响.针对国产220 t电动轮自卸车转向系统进行了优化,解决了该车转向性能设计和实际不一致,并且最小转弯半径减小了0.67 m.     

基于运动跟踪的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制

提出一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略.该策略采用分层控制的结构,上层为广义力计算层,设计基于前轮转角的前馈控制,提高横摆角速度稳态增益,同时考虑外界扰动和建模不确定性,设计积分抗饱和滑模变结构控制算法跟踪参考横摆角速度,提高车辆瞬态响应.下层为广义力分配层,考虑到实际行驶状况的复杂以及路面状况、车辆质心侧偏角难以实时获取,设计基于稳定性优先的规则分配机制.实车试验结果表明,该控制策略能有效提高车辆的操纵稳定性.     

基于模型预测控制的汽车紧急转向避撞研究

为了解决汽车在低附着路面上中高速转向避撞时产生的侧滑失稳和轨迹跟踪能力不足等问题,本文基于模型预测控制算法,提出一种主动避撞的方法,建立了车辆单轨模型并经线性离散化后作为预测模型。在模型预测控制的过程中加入前轮转角约束、前轮转角增量约束、纵向加速度约束与轮胎侧偏角约束等多种约束条件,对车辆横向位移、横向速度、横摆角与横摆角速度等多个状态量进行控制,使车辆的轨迹更加符合理想轨迹。仿真模拟结果表明,相比无控制与PID控制方法,利用本文方法可以有效地使汽车在中高速及低附着路面条件下按理想的轨迹进行避撞且保持避撞过程中的行驶稳定性,大幅提高避撞过程中的车辆安全性。     

四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制

针对四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制问题,建立了七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型.基于滑模控制理论,选择质心侧偏角和横摆角速度两者为联合控制变量,并以汽车车速和路面附着系数为输入,运用模糊控制理论确定联合控制变量的联合控制参数,设计了四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制策略.在Matlab/Simulink环境下选取不同车速、不同路面附着系数进行了连续转向行驶和突然转向行驶的仿真分析.结果表明,所设计的控制策略能够将质心侧偏角和横摆角速度控制在稳定范围内,使车辆在任意转向行驶工况下保持稳定,最大限度地提高轮毂电动汽车的转向稳定性.