基于 UKF车辆状态及路面附着系数估计的AFS控制

本文侧重于主动前轮转向(Active Front Steering,AFS)控制系统的应用性与可行性研究,针对紧急转向工况下轮胎呈现强非线性问题,以及AFS控制算法中部分状态量难以获取、路面附着系数对车辆稳定性有重要影响但难以直接测量等问题,设计非线性滑模控制器以综合考虑载荷转移、轮胎非线性及路面条件等对操稳性影响,同时,通过ESP系统现有的IMU传感器测量信息,运用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法为滑模控制器动态估计车辆状态信息和路面附着系数.在得到期望轮胎侧偏力后,通过非线性轮胎模型精确反求所需叠加转角,以在"轮胎-路面"附着能力范围内检验控制系统的有效性.最后,高附着系数情况下的鱼钩测试仿真及低附着系数时的角阶跃转向仿真共同表明,通过IMU与UKF结合的状态估计确保了AFS控制系统的可行性,有效提高了车辆操纵稳定性.     

自平衡控制系统稳定性分析与验证

针对目前自平衡系统稳定性控制方法的复杂性,对控制器运算速度要求高的问题,提出一种依据自平衡系统重心运动方程来分析系统的稳定性以及维持系统稳定的控制方法?该方法通过刚体动力学推导系统重心运动方程,应用控制理论分析系统的稳定性?在失稳的情况下,采用卡尔曼滤波与误差比较的方法消除陀螺仪的积分误差并获取精确的倾角数据,运用角度?角速度及对应的参数构成的合成加速度组成反馈支路配置系统极点,将当前倾角和角速度配以适当的参数组成比例微分(proportion differential,PD)控制器,完成对系统稳定性的控制?测试表明,该方法能降低系统运算的复杂度,维持系统的稳定?     

基于路面识别的重载车ABS控制与硬件在环试验

建立了整车多体动力学模型,提出了路面附着系数估计算法,在Matlab/Simulink中搭建了路面识别模块和ABS制动模块以及制动压力模块,应用自适应的控制策略对整车的制动性能进行仿真分析.在三轴汽车底盘实验台上进行了硬件在环测试,验证了含有路面识别的ABS控制系统的车辆制动距离明显小于无路面识别的ABS控制系统的车辆制动距离,具有良好的自适应性和控制精度.     

汽车ABS与AFS集成控制算法

提出一种制动防抱死系统(ABS)与主动前轮转向(AFS)系统的集成控制算法.ABS采用逻辑门限值控制算法,以车轮的角加速度为主要门限、滑移率为辅助门限.AFS采用基于二自由度车辆模型建立的横摆力矩补偿前馈控制和滑模反馈控制相结合的复合控制算法.采用8自由度车辆模型验证所提出的控制算法,该模型包含“Magic Formula”轮胎模型和基于单点预瞄的驾驶员模型.在Matlab/Simulink中通过对开路面的直线制动工况和定圆弯道制动工况下的仿真来评价集成控制算法.仿真结果表明:在对开路面上ABS与AFS的集成控制能够有效地缩短制动距离,提高车辆制动过程的方向稳定性.     

基于路面识别的复合制动与ABS集成控制策略

为了使电动汽车在制动时既能充分回收制动能量,又能兼顾制动稳定性,针对四轮轮毂电动机驱动电动汽车,提出了一种基于路面识别的复合制动与ABS集成控制策略.以单轮制动模型为研究对象,利用Lagrange插值法估算当前路面的峰值附着系数和最优滑移率;通过比较目标制动强度与峰值附着系数,将制动工况分为常规制动和防抱死制动;针对常规制动向防抱死制动过渡的工况,通过一种在ABS触发前合理减少再生制动的方法,避免直接撤销再生制动带来的ABS频繁退出和启动.在MATLAB/Simulink环境下建立了仿真模型,仿真结果表明:路面识别算法识别准确度较高;复合制动与ABS集成控制策略能够合理地分配再生制动力与液压制动力,实现车轮的防抱死控制.     

主动脉冲转向的横摆稳定性分析与试验研究

提出了一种后轮脉冲主动转向控制策略,运用脉冲信号作为控制器输出的后轮主动转向控制方法,对此做了理论分析和试验研究.首先,设计了产生脉冲信号的液压系统,并分析了此系统的运行对悬架参数和车辆稳态和瞬态响应的影响;分析不同脉冲参数(频率,振幅)对车辆横摆运动的影响并确定最优的脉冲参数.其次,综合跟随理想横摆角速度和抑制汽车质心侧偏角的方法,提出了控制策略与算法;运用基于CarSim和Simulink的联合仿真方法,分析此系统对汽车横摆稳定性能的影响;最后,安装液压脉冲发生器进行整车试验研究,验证仿真结果的可信性,并评价后轮脉冲转向的实用性.仿真和试验结果表明:后轮脉冲主动转向能够有效的跟踪横摆角速度和质心侧偏角提高车辆的横摆稳定性,同时可以减少质心侧倾角和侧向加速度,提高汽车的操纵稳定性.     

基于神经网络路面识别的电动汽车ABS控制研究

为了充分利用路面附着能力以提高电动汽车的制动安全性,文章提出了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络路面识别的电动汽车制动防抱死系统(anti-lock braking system,ABS)控制方法。采用RBF神经网络进行路面识别,将识别出的最优滑移率作为目标参数,以此设计了一种模糊控制与预测控制相结合的ABS控制策略,同时制定了制动力矩分配策略,从而确保制动系统可靠工作并实现制动能量回收,最后基于CarSim与Matlab/Simulink仿真平台进行了实例样车仿真分析。仿真结果表明,该路面识别方法可以准确识别当前路面状态,ABS控制策略下的制动距离相对于模糊控制策略缩短了6.57%,制动能量回收提高了3.9%。     

一种新型弹体结构的导弹分离动力学建模与仿真

根据一种新型弹体结构,研究了导弹的分离动力学问题.为了保证分离过程的安全,避免弹头与舱段、整流罩发生碰撞,必须对分离过程中弹头、舱段以及整流罩的运动特性进行分析.推导了整流罩锁死前和舱段组成多体系统的动力学方程并设计了整流罩锁死后舱段和弹头的碰撞判断条件.通过计算机仿真,验证了所建模型的有效性,得出了分离过程中整流罩和舱段每一时刻的运动参数以及铰链所受的作用力,并对计算结果进行了分析,最后验证采用垂直分离这种方案可以安全进行分离.     

基于AFS与DYC的车辆侧风稳定性控制研究

为了研究提高高速车辆侧风稳定性的主动控制方法,建立了考虑侧风作用下的车辆八自由度非线性动力学模型,采用基于分段线性轮胎特性二自由度模型作为参考模型,分别设计了多柔性PID主动前轮转向(AFS)和LQR最优控制直接横摆力矩控制(DYC),对比分析了在两种典型工况下,两种不同主动控制方法对高速车辆侧风稳定性的控制效果.研究结果表明:侧风直线行驶工况下DYC操作性、稳定性、轨迹保持能力方面均优于AFS,纵向动力学性能方面AFS优于DYC;侧风前轮转角正弦输入工况下AFS与DYC在操作性、稳定性、轨迹保持能力方面差别不大,纵向动力学性能方面AFS明显优于DYC.     

基于轮胎力动态估计与主动转向的新型ESP系统

车辆电子稳定系统能有效提高车辆在极限工况下的方向稳定性.针对传统直接横摆力矩控制(DYC)没有考虑轮胎附着力极限的局限,提出一种基于轮胎动力动态估计(TDE)算法的新型车辆电子稳定控制系统(ESP),在此基础上,通过主动前轮转向(AFS)协同控制,最大化利用车轮附着力.采用多元回归统计算法设计TDE控制器,采用基于统计数据的多项式拟合获得车轮附着力边界极限和最优动态滑移率上限值;采用模糊逻辑算法设计AFS控制器,补偿因附着力达到极限引起的横摆力矩不足.仿真结果表明,通过与AFS的协同控制,新型ESP能够在改善车辆的方向稳定性的同时,大幅降低车轮制动控制力,减少对车辆纵向速度的影响.     

紧急制动工况下车辆的PI稳定性控制

针对制动工况中的汽车,建立9自由度车辆动力学模型,并基于车辆动力学模型,采用比例-积分(PI)稳定性控制逻辑算法对车辆的行驶状况及运动姿态进行控制.最后,利用CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,结合低附着系数路面和对开路面的紧急制动工况进行离线仿真.仿真结果表明:采用稳定性控制逻辑算法可以改善车辆的纵向运动状态,有效地抑制车辆的侧向运动,有助于提高车辆的稳定性.     

半挂汽车列车转弯制动横向稳定性控制

为实现半挂汽车列车在转弯制动时的横向稳定性,建立了半挂汽车列车非线性动力学仿真模型. 利用实车系统的稳态转向试验与直线制动试验,验证了模型的可靠性. 对在低附着路面上行驶的半挂汽车列车转弯制动失稳机理进行了分析. 设计了以牵引车和半挂车的补偿横摆力矩来修正横向稳定性的控制策略,仿真结果表明,控制方案可有效地纠正半挂汽车列车在低附着路面上转弯制动的过度转向,改善车辆的横向稳定性.     

汽车转弯制动过程中的制动力动态分配控制

提出了一种对制动力进行动态分配控制的新方法·在车辆的转弯制动过程中,采用转向角前馈控制原则,对左、右车轮的制动力进行动态分配控制,使之在各种路况下均能满足制动稳定性的要求·并且通过建立的两自由度三轮车辆模型,进行了计算机模拟·模拟结果显示采用转向角前馈控制的制动力动态分配的方法,大大降低了在制动起作用时间内实际横摆率与理想横摆率之间的差值,从而验证了该方法对提高车辆转弯制动过程中的操纵性和稳定性是有效的·     

基于动态双向耦合的高速汽车侧风稳定性控制研究

针对高速汽车在侧风环境下的气动稳定性问题,基于大涡模拟（LES）及五自由度车辆模型,建立了汽车空气动力学与汽车动力学的动态双向耦合分析模型.考虑了主动前轮转向的主动控制（AFS）对高速车辆侧风稳定性的影响;采用调整车辆质心位置的方法验证了动态双向耦合模型的鲁棒性.对在某轿车在有、无驾驶员及有、无AFS控制下的运动及流场特性进行了对比分析.研究结果表明:在侧风作用下车辆的侧向速度及横摆角速度对高速车辆的气动稳定性有着重要影响;在无驾驶员条件下,有AFS控制的车辆仍能回到正常行驶路线,而无AFS控制的车辆无法回到正常行驶路线;在有驾驶员条件下,无AFS控制车辆最大侧向位移为1.1 m,有AFS控制车辆最大侧向位移0.47 m,表明AFS控制有助于提高车辆侧风稳定性.      

防爆胶轮车制动及转向系统的设计分析

分析了防爆胶轮车制动及转向系统的性能需求,通过计算,详细介绍了湿式制动器在防爆胶轮车中的制动及转向性能。     

基于广义能量法的车辆制动稳定性分析

运用广义能量法和能量相平面方法分析了车辆转弯制动过程中的非稳态特性和能量转换特性.结合魔术公式轮胎模型,建立了考虑载荷转移的车辆9DOF非线性动力学模型.基于VBOX惯性测量技术搭建车载稳定性测量系统验证了模型的可靠性,运用广义能量法和相平面分析方法建立了车辆能量转换分析模型.在Matlab环境下仿真分析了转弯制动工况下车辆能量时变及转换特性.结果表明,车辆制动初始时间区域为车辆失稳和施加控制的关键区域,在较小转向角制动时以横摆控制为主,转向角较大时应兼顾侧向控制和横摆控制.     

主动悬架与EPS集成控制系统道路友好性研究

在建立的包含电动助力转向系统的转向运动模型、俯仰运动模型和侧倾运动模型汽车整车模型基础上,选用车身横摆角速度、横向运动速度等参数评价车辆操纵稳定性。运用95百分位四次幂和力作为动载荷道路破坏的评价指标,设计了自适应模糊控制的汽车主动悬架与电动助力转向系统集成控制器,并分析了不同路面和速度对理论道路破坏系数的影响。计算结果表明,该自适应模糊集成控制策略,与被动悬架与转向系统比较,既保证了车辆操纵轻便性,又明显提高了整车稳定性,同时集成控制的车辆具有良好的道路友好性,延长了道路的使用寿命。