基于独立脉冲转向系统车辆稳定性控制

为了提高车辆操纵稳定性,本文集成独立转向和主动脉冲转向提出了一种主动后轮独立脉冲转向(ARIPS)控制策略,并对此进行理论分析和试验研究.通过建立ARIPS系统仿真动力学模型,研究此系统的运行对悬架性能的影响并分析不同转向脉冲控制参数对车辆稳定性的影响.依据仿真分析和频率分析方法确定最优脉冲参数.设计ARIPS控制器及脉冲转角分配模块,基于CarSim和Simulink进行联合仿真分析,验证ARIPS的控制性能.研制并安装主动脉冲转向系统,基于试验Lexus车辆进行整车试验研究,验证ARIPS系统的实用性.仿真和试验结果表明:验证了ARIPS系统的可行性和经济性,ARIPS控制能有效提高车辆的操纵稳定性,比主动后轮转向(ARS)和主动后轮脉冲转向(ARPS)具有更好的控制效果,对改进四轮转向(4WS)系统的性能提供了一个新的研究方向和试验基础.     

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.     

平衡重式叉车满载急转工况下横向稳定性控制

以提高平衡重式叉车满载紧急转向工况下的横向稳定性为目标,结合叉车动力学特性,采用ADAMS软件建立某型3T平衡重式叉车整车横向动力学模型. 设计一种基于模型预测算法的主动后轮转向控制器,实现叉车的主动后轮转向控制;然后,基于ADAMS与MATLAB/Simulink进行联合仿真计算,并根据标准EN 16203:2014进行实车稳定性试验.结果表明:所设计的主动后轮转向控制策略系统反应迅速,能有效降低叉车急转工况下的横摆角速度和侧倾角,大大提高叉车的横向稳定性;叉车满载急转过程安全稳定,横向稳定性动力学参数横向加速度和横摆角速度的最大值分别降低16.47%和25%.     

舰载机无杆式牵引车横摆稳定性控制

对舰载机无杆式牵引车的横摆稳定性控制进行深入的研究分析.考虑舰船横摇、纵摇和垂荡的耦合运动影响,建立轮毂电机驱动的舰载机无杆式牵引车时变非线性动力学模型.分别基于滑模变结构和自适应模糊比例积分微分(PID)控制理论获得横摆稳定性控制所需的补偿力矩,从而实现对理想参考模型的横摆角速度值的跟随.应用MATLAB/Simulink平台对两种控制方法进行仿真对比验证.仿真结果显示,所建立的动力学模型能够很好地反映舰载机牵引车的横摆运动特性.基于准滑动模态的滑模控制方法能够很好地控制牵引车的横摆角速度对理想模型的跟随,实现了对牵引车的稳定控制.在5级及以下海况的干扰下,能够保证系统响应迅速、稳健性高,有效地提高了舰载机无杆式牵引车的行驶稳定性.     

甲板上舰载机牵引系统的行驶特性分析

对甲板上飞机有杆牵引系统的行驶特性进行仿真分析.考虑舰船横摇、纵摇和垂荡3个自由度的耦合运动对牵引系统产生的惯性力,建立三自由度时变、非线性牵引车-飞机系统动力学模型.借助Matlab/Simulink以及多体系统动力学软件,研究甲板上牵引系统的行驶特性机理,给出牵引系统在不同海况、负载状况、行驶速度等条件下的表现特征.理论分析和仿真结果表明:海况以及负载是影响舰载机牵引系统行驶特性的主要因素.当系统以不同速度行驶时能够很快地达到稳定状态,即使在侧风扰动后,仍表现出良好的操纵稳定性.     

车辆主动转向与电子稳定控制系统的协同控制

为提高车辆行驶时的操纵稳定性和安全性,本文通过协同控制策略研究分析了主动转向与ESP对车辆操纵稳定性的影响。首先基于主动转向的二自由度线性车辆动力学模型设定上层协同控制策略,及下层主动转向控制器和ESP控制器,并结合CarSim与Matlab/Simulink平台完成主动转向系统、双PID控制的ESP系统、及其协同控制的整车模型搭建,然后再基于硬件在环试验台进行高附着路面和低附着路面的双移线试验,最后对比分析不同工况下主动转向与ESP协同控制相对其独立控制下的车辆质心侧偏角和横摆角速度响应曲线。结果表明本文设计的主动转向与ESP协同控制策略相对其独立控制,可更好地提高车辆的操纵稳定性。可见主动转向与ESP协同控制的稳定性控制效果明显提高,在极限工况下能将车辆控制在安全行驶的稳定范围内。     

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.     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

线控主动四轮转向汽车控制策略研究

目的 针对线控四轮转向汽车横向稳定性不足及控制鲁棒性差等问题,提出一种主动转向反馈控制策略。方法 使用Simulink搭建线控转向系统转向执行机构动力学模型,将MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真,建立线控四轮转向整车模型;基于二自由度模型分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响,推导理想的横摆角速度和质心侧偏角;以横摆角速度增益恒定为依据设计理想传动比,得到期望前轮转角,以横摆角速度误差为控制量设计模糊控制器得到附加前轮转角对期望转角实时修正,实现前轮主动转向;针对横摆角速度和质心侧偏角与理想值之间的误差,加权得到稳定性控制目标;设计自适应积分滑模反馈控制策略输出后轮转角,对理想值进行跟踪,实现后轮主动转向。结果 仿真实验结果表明：所搭建的线控转向系统能够准确反映汽车动力学特性。相比无控制的机械前轮转向汽车与横摆反馈控制的四轮转向汽车,线控主动四轮转向汽车在双移线工况下将质心侧偏角控制在0值附近波动,横摆角速度跟踪误差控制在1.149 deg/s以内;在角阶跃工况下将质心侧偏角稳态值控制在0.065 deg,横摆角速度稳态值误差为0.074 deg/s。结论 线控...     

四轮转向的神经网络直接逆控制

采用二自由度摩托车模型研究四轮转向车辆的转向特性,建立四轮转向车辆线性二自由度动力学模型和方程.着重设计BP神经网络直接逆控制系统,通过离线辨识、在线学习控制被控系统,与其他控制方法对比表明,神经网络直接逆控制系统能够更加有效的控制后轮转角以便使车辆质心侧偏角为零,并提高车辆低速机动性和高速稳定性.     

Design of Model Following Variable Structure Controller for Three-axle Vehicle

An optimal control procedure is developed for thefront and rear wheels of a three-axle vehicle movingon a complex typical road based on model followingvariable structure control strategy. The acthal vehiclemay be considered as an uncertain system. Corneringstiffness of front and rear wheels and externaldisturbances are varied in a limited range. Themodel-following variable structure control method is     

飞机在牵引转弯工况下的运动轨迹仿真与分析

为降低民航飞机在牵引车牵引转弯工况中与机场其他设备发生磕碰的事故率,提高民航牵引安全,基于PRT法(直角坐标-极坐标-切线法)建立了飞机—牵引车系统在牵引转弯工况下的运动学模型,采用MATLAB迭代计算并探究了民航飞机在牵引车牵引转弯工况中的运动轨迹特性及飞机前轮转角变化情况,分析了不同牵引车轴距和抱轮机构位置对于飞机运动轨迹及飞机前轮转角变化情况的影响。结果表明：减小牵引车轴距及前移抱轮机构位置可以有效提高飞机在牵引转弯工况中的转向灵活性和运行安全性,以供在实际生产及设计过程中参考。     

主动稳定杆与主动前轮转向耦合作用研究

对于同时装备主动稳定杆与主动前轮转向的车辆,为了获得最佳控制性能,建立仿真模型研究了双系统的耦合问题.建立非线性车辆动力学模型,并设计了主动转向比例积分微分控制器;基于稳定杆作动器,设计了主动侧倾滑模控制器以及反侧倾力矩前后轴分配模糊控制器;最后设置阶跃转向与双移线机动工况.仿真结果表明,主动转向可以一定程度改善侧倾性能;另一方面,反侧倾力矩分配与主动转向配合可以进一步提高车辆的横摆稳定性能,同时还可以保证侧倾稳定性能.     

基于Hamilton理论的无人车路径跟踪控制

针对当前车辆路径跟踪控制存在精度低、可靠性差的问题,基于Hamilton理论提出一种四轮驱动四轮转向无人车路径跟踪分层控制方法.通过集成车辆动力学模型和路径跟踪模型,建立了路径跟踪误差模型,结合系统控制目标,提出采用Hamilton理论设计车辆上层控制器,用于实现路径跟踪误差模型的镇定,从而提高车辆路径跟踪的精度与鲁棒性.同时,在下层控制器中,设计4个车轮纵向轮胎力分配算法,通过轮胎力的动态分配满足车辆上层控制需求.利用CarSim和Simulink搭建车辆路径跟踪联合仿真模型并进行仿真实验,仿真结果表明,提出的无人车路径跟踪分层控制策略能够通过前后轮转角以及4个轮胎力的实时控制与分配,抑制路径跟踪过程中的横向误差和航向误差,提高路径跟踪精度并确保控制系统的可靠性.      

后轮随动转向车辆非线性动力学特性研究

向后轮随动转向系统中引入一种黏弹性参数可变的黏弹性材料,以替代传统的橡胶衬套;基于黏弹性材料的分数阶本构模型,以及具有饱和特性的非线性魔术轮胎模型,建立了随动转向车辆的三自由度分数阶动力学模型;根据给定的车辆参数,利用MATLAB软件仿真研究了随动转向车辆的横向动力学行为。研究结果表明:在一定的参数条件下,随着车速的提高,后轮随动转向角发生了Hopf分岔现象;当车辆的行驶速度超过某个阈值时,随动转向车辆将发生明显的摆振,后轮随动转向角和车辆横摆角速度时间历程曲线均呈现出具有两个稳定幅值的周期振动,随动转向角相图上出现了两个极限环;后悬架中引入的黏弹性材料参数对随动转向车辆的非线性动力学行为具有明显的影响。该研究为后轮转向车辆横向动力学行为的半主动控制奠定了理论基础。     

基于轮边电机4WID电动汽车线控转向控制策略

对电动汽车的线控转向系统结构和基于两自由度的车辆动力学模型对线控转向稳态增益不变的理想转向传动比进行了设计;同时,利用MATLAB/Simulink建立线控转向系统数学模型和主动转向控制策略。在主动转向控制中,通过理想转向传动比和模糊滑模变结构动态稳定性主动控制算法,控制补偿轮边转向电机的转角。通过正弦输入的仿真试验表明,以理想转向传动比为基础,设计的此算法能满足车辆前轮转角实时补偿的需求,进而可有效提高了汽车的行驶稳定性。     

车辆悬架系统与电动助力转向系统的集成控制

在建立悬架和转向系统整车动力学模型的基础上,分析主动悬架系统与电动助力转向系统性能之问的相互关系及协调机理,提出调整双系统控制参数的联合优化方法,对主动悬架系统进行自校正控制,对电动助力转向系统进行PID控制,研究集成系统结构参数和控制参数的耦合问题.仿真结果表明,与不加控制、单系统控制相比,集成控制下车辆转向助力效果增强,反应车辆姿态的质心加速度、横摆角速度、车身侧倾角等都有明显提高,车辆的行驶平顺性和操纵稳定性均得到明显加强,整车性能得到提高.