汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益的线控转向传动比,设计多增益融合转向传动比的主动转向防侧翻控制策略。建立线控转向系统模型,分析线控转向系统动力学特性;由汽车系统动力学理论求解横摆运动、横向运动及侧倾运动的转向传动比增益,采用遗传算法进行不同工况的转向传动比优化,获得多增益融合线控转向传动比;根据典型工况汽车稳定性分析规律,设计多增益融合线控转向传动比的汽车主动转向防侧翻控制策略。实例仿真结果表明,多增益融合线控转向传动比能同时改善车辆低速转向灵活性和高速转向稳定性,设计的控制策略在绊倒型及非绊倒型工况均能够有效地防止汽车侧翻,减少控制器对驾驶员转向意图的干预。     

线控转向系统变角传动比设计及路感模拟

变角传动比设计及路感模拟是线控转向系统的核心部分。根据车辆的转向灵敏度和车速确定了变角传动比的设计方案。通过分析不同路感模拟的策略,考虑到“人-车-路”闭环系统各个环节间的相互关系,并结合不同驾驶员的偏好与转向系统对道路信息的反馈,基于权重法进行转向路感的模拟。通过Carsim/Simulink仿真双移线和双纽线工况,结果表明该转向系统不但减轻了驾驶员操作负担,而且还兼顾了驾驶员的偏好,并且能够及时响应道路变化,提高了车辆的操纵稳定性和转向轻便性。     

线控转向系统的前轮转角跟踪策略研究

研究通过对线控转向系统进行主动控制,可靠并准确地得到期望的前轮转角。基于建立的线控转向系统数学模型,使用非线性自回归模型确定其系统参数,设计内模控制器跟踪车辆的期望运动状态。通过开环和闭环试验,对控制器在典型的驾驶工况下的有效性进行了验证。通过与PID控制器的结果对比,证明所设计的内模控制器能提供更好的控制性能。为减少驾驶员的操纵负担并确保车辆在不同行驶条件下的稳定性,根据不同工况下的测试结果提出基于增益不变的变角传动比控制策略,并设计了滑模控制器跟踪期望横摆角以实现主动转向。通过对内模和滑模控制器的联合仿真结果表明,所设计的控制器可实现期望横摆角度的精确跟踪,显著提高车辆的操纵灵活性和稳定性。     

基于单点预瞄最优曲率模型的单轨车辆驾驶员模型

单轨车辆动力学特性研究一般需要一个合适的驾驶员模型。基于郭孔辉的单点预瞄最优曲率模型,利用车辆转向时的Ackerman几何关系和稳态转向时横垂面内力的平衡分别确定目标转向角和目标侧倾角,建立适用于单轨车辆的驾驶员模型。模型重点考虑了驾驶员的预瞄、驾驶员对转向手把的转向力矩输入、驾驶员上半身在车座上绕通过髋部的纵向轴线转动的侧倾力矩输入以及驾驶员的动作滞后。为使实际转向角和侧倾角跟随目标转向角和目标侧倾角变化,转向力矩和侧倾力矩皆采用PD控制。采用ADAMS软件建立了驾驶员—车辆闭环动力学模型,并按双移线和蛇行两种典型行驶工况进行仿真。仿真结果表明车辆可以很好地跟随所设定的路径,验证了驾驶员模型的合理性。所建立的驾驶员模型适用于单轨车辆人—车闭环控制模型的动力学仿真研究。     

应用TruckSim自卸车操纵稳定性在环仿真平台研究

自卸车良好的操纵稳定性既保证整车正常运行,也保证矿山正常生产运营。根据自卸车整车结构特点和设计参数,基于TruckSim搭建所研究自卸车整车动力学模型,包括电传动系统、悬架系统、转向系统和轮胎等。将悬架系统KC特性作为整车模型唯一可变输入。基于动力学模型进行操纵稳定性开环仿真,包括方向盘角阶跃、角脉冲和稳态回转仿真。基于TruckSim整车模型,结合PXI实时硬件和Labview搭建整车操纵稳定性驾驶员在环仿真平台,对整车进行双移线工况下闭环试验,对整车操纵稳定性进行分析。分析结果表明:总体上能够很好响应驾驶员操纵并沿着目标路径行驶,且转向轻便;但行驶路径与期望路径存在一定差异,驾驶员需要多次调整转向盘转角才能完成双移线;研究内容和研究结论为进一步实车测试提供参考依据。     

线控转向车辆转向控制策略研究

建立了线控转向系统的数学模型,对前轮转角采用基于理想变传动比的前馈控制和期望横摆角速度反馈控制的动态校正控制算法,从而确定合适的前轮转角,实现前轮主动转向,在一定程度上减轻驾驶员负担。通过对两种附着系数路面进行仿真研究,可以得出采用该控制策略可以缩短车辆的反应时间,减小质心侧偏角稳态值及超调量,使线控转向车辆转向更加平稳,提高抗干扰性,改善车辆的操纵稳定性。     

无轨胶轮车主动转向控制策略仿真研究

为解决无轨胶轮车转向系统转向沉重、稳定性差、能耗高等问题,引入线控主动转向系统。通过Car Sim建立线控转向整车动力学模型,采用横摆角速度反馈控制策略,在Simulink中搭建控制框图。最后通过对开路面实验和双移线实验仿真,并与传统转向系统进行对比分析,结果表明,线控主动转向系统可显著改善无轨胶轮车的转向特性。     

线控转向车辆转向盘转矩特性研究

车辆线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的部分机械连接,车辆转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员。从驾驶员偏好转向盘转矩的角度出发,在分析转向盘转矩影响因素的基础之上,提出一种考虑摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩的线控转向系统转向盘转矩的模型,并通过试验数据对模型中的参数进行辨识。选取双纽线试验和中心区特性试验等进行仿真分析和硬件在环验证。结果表明,所建立的转向盘转矩模型能够保证低速时的转向轻便和高速时的路感清晰,并且很好地描述了车辆在不同行驶工况下的转向盘转矩特性,充分发挥了线控转向车辆转向盘转矩可以根据驾驶员需求自由设计的优势。     

线控转向系统汽车的主动转向控制研究

以线控转向系统汽车为研究对象,为提高车辆在低附着路面以及高速行驶时的行驶稳定性,提出了一种基于指数趋近律的滑模控制算法。基于Simulink与Carsim平台,建立整车模型,并对转向执行总成部分进行频率响应特性分析,验证其工作稳定性。根据固定转向增益,设计理想角传动比曲线,并设计滑模控制器实现车辆的主动转向功能。仿真结果表明,与PI控制器的结果相比,这里所提出的控制策略可以更有效地实现主动转向功能。     

基于模型预测控制的人车路闭环系统建模

为研究驾驶员和车辆在极限工况下的表现,建立了人-车-路闭环系统仿真模型。首先,研究了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的驾驶员模型,利用非线性二自由度车辆预测模型,以使轨迹跟踪误差最小的最优方向盘转角作为驾驶员模型对控制车辆的输入;利用Car Sim车辆动力学仿真软件,对目标车辆进行了参数化建模与实车试验验证。最后,采用双移线工况对建立的人-车-路闭环系统仿真结果进行了验证分析。     

线控转向系统滑模控制策略研究

针对线控转向系统的控制问题,通过Matlab/Simulink软件搭建了整车控制仿真模型,其中包括七自由度整车动力学模型、"魔术公式"轮胎模型、预瞄最优化神经网络驾驶员模型,并基于二自由度车辆模型设计了理想传动比、最优滑模面的滑模控制算法以及消除抖振的滤波算法;然后进行了操纵稳定性试验仿真,并与前述仿真模型改用PID控制算法以及无控制仿真结果进行对比分析。结果表明:滑模控制下的线控转向系统可以更好地追踪理想值,提高了汽车的操纵稳定性、驾驶轻便性。     

基于多样性的汽车线控转向容错研究

为解决线控转向系统转向失效问题,将多样性容错技术应用到汽车线控转向系统中。开展了多样性汽车线控转向系统稳定性分析,建立了线控转向机构与其备份机构之间的关系,提出了基于多样性的转向系统容错设计方法;选用不用经验的驾驶员,在驾驶模拟器上对新设计的线控转向系统进行了转向稳定性试验。研究结果表明,基于多样性容错设计,通过备份的转向功能,驾驶员能根据自己的意图通过转向机构灵活地控制车辆,减少转向失效;同时,能避免由于线控转向系统中过度冗余造成的成本和体积的增加,有利于提高车辆转向稳定性,有利于在汽车线控转向系统中的应用。     

基于滑模变结构理论的车辆主动横向稳定杆控制

为实现对车辆的侧倾控制,自主设计了主动横向稳定杆（AARB）装置。针对车辆在侧倾中存在的非线性、时变性特点,采用滑模变结构控制理论建立了滑模控制器从而实现对理想侧倾角的跟踪,并采用鱼钩与双移线转向工况进行了仿真试验。仿真结果表明,该主动横向稳定杆装置与传统被动横向稳定杆装置相比,能有效减小车辆的侧倾,同时具有良好反馈特性以,有利于驾驶员对车身姿态的判断,从而大大提高了车辆行驶的安全性与乘坐舒适性。     

基于线控变传动比的四轮转向汽车最优控制

为了充分发挥线控转向可以自由设计角传动比的特性和四轮转向技术在提高汽车操纵稳定性的优点,提出了基于线控转向模糊变传动比和采用LQR最优控制四轮转向相互结合的方法。利用Matlab/Simulink软件对该方法进行建模仿真,并与相同参数的前轮转向、定前后轮转向比四轮转向以及转向系定传动比最优控制四轮转向仿真对比,结果表明,该方法不仅实现了低速时具有较高的转向灵敏性和高速时具有较好的转向稳定性的理想转向特性,而且能够保证在各种工况下质心侧偏角基本为零和横摆角速度瞬态响应的超调量很少,稳定时间缩短,并处于一个相对安全的位置。     

基于线控转向系统操作稳定性的研究

针对汽车线控转向系统的操作稳定性问题,研究了固定转向灵敏度型与γ和β联合控制策略,之后设计了基于dSPACE的线控转向硬件在环仿真实验台架对算法进行实验验证.按照国家标准中转向瞬态响应实验中的要求,验证了汽车在此控制策略下的操纵稳定性能     

巴哈赛车线控转向系统设计

由于目前竞争环境的激烈,巴哈赛车作为一项广泛运用于工程院校的教学项目,集合汽车设计、营销、成本预算等方面为一体,更需要精益求精,才能脱颖而出。巴哈大赛中存在问题较多的地方在转向系统,从而需要对赛车的转向系统进行优化设计,因此,本小组以转向系统作为着手点,对巴哈赛车的部分性能进行优化。传统的机械转向系统中,转向盘与前轮通过转向柱连接,传动比固定不变,不能适应不同的路况,而通过线控转向控制可以根据车辆进行设计,提高车辆回正性、稳定性和转向性。本文首先从根据汽车传统的转向系统,设计新的线控转向方案,再对汽车线控转向系统的执行机构算法改良,建立汽车的线控转向系统模型,然后通过仿真软件对线控转向系统进行实验仿真,最后对整体的模态做静力学分析,验证设计的合理性。     

主动后轮转向汽车与转矩分配协调控制研究

为改善车辆操纵稳定性,基于线性车辆模型设计后轮转向控制器及车辆稳定控制器,提出一种主动后轮转向与转矩分配协调控制策略。搭建由驾驶员模型、七自由度车辆模型、后轮转向控制器及转矩分配等模块组成的"人-车-路"闭环控制系统,开展双移线仿真试验,并与同参数比例四轮转向车辆及前轮转向车辆仿真结果对比。结果表明:所提出的主动后轮转向与转矩分配协调控制控制效果最佳。在低附着路面表现更为明显,不仅使车身始终保持较好转向姿态,还有效改善了车辆的稳定性。     

基于前后轮制动力分配的车辆横摆力矩调节方法研究

针对在低附着系数路面转向工况下,基于单轮制动力调节车辆横摆力矩的方法难以纠正不足或过多转向的问题,提出基于前后轮制动力分配调节横摆力矩的方法,该方法根据轮胎非线性特性,分析轮胎所受地面制动力和侧向力及其产生的车辆横摆力矩之间的非线性关系,求解不同路面附着系数时前后轮地面制动力的分配比例,据此产生车辆横摆力矩来改善车辆转向特性。以某款乘用车为研究对象,利用车辆动力学仿真软件veDYNA对该方法进行双移线工况的仿真。     

基于变增益的操纵杆线控转向变传动比设计方法

采用操纵杆代替传统线控转向(Steer-by-wire,SBW)系统中的转向盘,研究这种新型SBW系统的转向变传动比设计方法。建立整车2自由度动力学参考模型,针对采用操纵杆控制汽车转向运动的结构和性能特点,通过分析基于定横摆角速度增益所设计的转向变传动比应用在操纵杆SBW系统中存在的不足,分别设计车速因子和转角因子,提出保证汽车转向增益呈线性变化的转向变传动比变增益设计方法,并通过Matlab/Simulink对整车动力学模型和转向变传动比进行仿真计算。通过固定型驾驶模拟器对提出的操纵杆SBW系统变传动比方法进行试验和验证。驾驶模拟器硬件在环试验结果表明,在提出的操纵杆SBW系统转向变传动比作用下,驾驶员可以准确地实现转向意图,保证整车具有良好的运动轨迹跟踪能力,同时也保证汽车较好的操纵稳定性和舒适性。     

基于状态反馈的分布式驱动电动汽车操纵性改善控制方法

研究分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制问题。提出基于状态反馈的操纵性改善控制策略：利用横摆角速度反馈改善车辆的横摆角速度瞬态响应,利用转向角前馈提高车辆的稳态横摆角速度增益。根据反馈系数对车辆瞬态响应特性的影响建立优化函数,获取不同车速下最优反馈系数。基于转向助力需求设计前轴差动转矩约束,再结合后轴的电动机外特性约束,获取不同车速下最大前馈系数。设计四轮转矩分配策略,在实现直接横摆力矩控制的同时满足驾驶员的加速需求。多工况下仿真验证表明,算法在改善横摆角速度的瞬态响应和稳态增益的同时可以减少转向盘力矩,降低驾驶员操作负荷;直接横摆力矩的引入有效地抑制了加速过程中的不足转向,平衡了前后轴的侧向附着利用率,提高了车辆的侧向稳定裕度。