提高车辆安全性的输出反馈自适应控制

研究含有时变参数的车辆动力学模型的输出跟踪控制问题.控制目标是使车辆的横摆角速度和质心侧偏角分别跟踪理想的设定值,通过反推方法设计输出反馈自适应控制器.控制器的输出为主动横摆力矩,通过控制主动横摆力矩来控制车辆的输出响应跟踪理想的输出信号,从而提高车辆的安全性.仿真结果表明,控制器能更好地适应车速和路况的变化,鲁棒性强.

     

智能四轮转向车辆稳定车道线保持串级控制

为实现四轮前后轮转向车辆的稳定车道线保持控制,提出集成直接横摆力矩和车道线保持的串级控制策略.主控制器实现车道线保持前轮转角控制.副控制器实现车辆稳定性控制.主控制器基于MPC(model predictive control)算法控制车辆前轮转角,通过调整前轮转角使得横向位置偏差和航向角偏差最小.主控制器的车辆前轮转角作为副控制器的输入,计算期望滑移角和期望横摆率.车辆后轮转角和横摆力矩作为副控制器控制输入,基于LQ(linear quadratic)算法计算补偿车辆后轮转角和横摆力矩,实际车辆滑移角和实际横摆率跟踪期望滑移角和期望横摆率.车辆的前轮转角、后轮转角和横摆力矩作为控制输入,在副控制器实现车辆稳定性控制基础上,主控制器实现准确地车道线保持控制,保证智能车辆在车道内自主安全行驶.仿真结果表明,该串级控制策略的有效性,提高了智能车辆车道线跟踪的准确性,也提高车辆的稳定性和操纵性.     

基于模糊控制的汽车直接横摆力矩研究

为防止汽车产生测滑,针对汽车直接横摆力矩控制,提出了横摆角速度与质心侧偏角联合控制的模糊控制方法.横摆力矩控制采用分层控制方法,设计了模糊控制器和规则制动力分配方法.模糊控制器根据期望值和车辆状态决策出所需的附加横摆力矩,并通过规则制动力分配方法进行主动差动制动实现.采用Matlab/Simulink与CarSim联合仿真对控制方法进行了仿真验证.结果表明:横摆角速度与质心侧偏角联合控制的横摆力矩模糊控制方法使汽车能够较好地跟踪期望,有效提高汽车极限工况下的行驶稳定性.     

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真

提出一种基于横摆力矩和主动前轮转向相结合的车辆横向稳定性控制方法,以横摆角速度和侧偏角为控制目标,利用前馈补偿和模糊控制产生横摆力矩和附加的前轮转角,通过控制制动力的分配以及对转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和侧偏角很好地跟踪参考模型.对转向轮阶跃输入和正弦输入两种工况分别进行了仿真研究,采用横摆力矩和主动前轮转向相结合控制方法,车辆转向时的瞬态及稳态响应优于单独的横摆力矩控制,表明该方法能有效地控制车辆横摆角速度和侧偏角,提高车辆转向时的横向稳定性,同时能有效地减轻驾驶员操纵负担.     

后轴双电机扭矩矢量控制研究

车辆的横摆响应受到转向系统、悬架系统、制动系统及驱动系统影响,传统车辆主要以转向输入进行主动控制,随着线控底盘的发展,ESC、后轮转向、扭矩矢量等技术逐步参与到车辆横摆的主动控制中;相对于ESC以制动力差产生横摆力矩,扭矩矢量可在不降低总驱动力的前提下产生横摆力矩,不会引起车辆的制动效应;通过后轴双电机扭矩矢量控制（TVC）产生主动横摆力矩,旨在改善车辆横摆响应,TVC采用前馈与反馈结合控制,基于二自由度车辆模型、目标稳态增益K及横摆角速度-速度修正因子K1建立目标横摆角速度;利用车辆模型逆函数计算横摆力矩前馈值,PID计算横摆力矩反馈值,总横摆力矩转换得到左右车轮纵向力调整量;纵向力调整量与驱动力分量叠加获得左右轮总纵向力;左右轮驱动力过大时可能会受到滑移率、电机扭矩等限制,为保证横摆力矩偏差在要求范围内,需要根据限制情况对左右轮纵向力进行调整;通过仿真验证,TVC可明显改变车辆横摆响应     

基于模糊控制的分布式电动车辆横摆力矩研究

为提高多轮分布式电驱动车辆在不同工况下的操纵稳定性,设计了一种基于直接横摆力矩控制的分层控制策略。上层以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,采用模糊控制进行目标运动状态跟踪,决策出所需要的横摆力矩。下层按设计的规则进行转矩分配。应用TruckSim和Matlab/Simulink建立车辆和控制器模型,分别在高、低附着等工况下进行联合仿真。仿真结果表明,设计的模糊控制方法能对车辆目标状态进行良好跟踪,相较于无控制状态能够提高车辆的操纵稳定性。     

分布式驱动电动车行驶稳定性控制建模与仿真

针对分布式驱动电动车的行驶稳定性控制问题,利用CarSim和MATLAB/Simulnk软件建立模型并搭建联合仿真平台。设计稳定性控制算法,包括横摆力矩控制、转矩协调控制和驱动防滑控制。以车辆横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量,运用滑模变结构控制方法,设计横摆力矩控制器。通过转矩分配算法,对单个车轮施加驱动或制动力,产生稳定横摆力矩,并建立模糊控制器对车轮滑转率进行控制。在仿真平台完成了双移线工况的仿真,结果表明,该算法能提高车辆行驶稳定性。     

汽车直接横摆力矩控制系统综述

汽车直接横摆力矩控制（direct yaw moment control,DYC）系统用于有效避免车辆遇到非预计危险时的侧向运动,以保证汽车运行的稳定性和驾驶的安全性。目前,DYC系统大多采用分层结构。文章首先从车辆状态估计与环境感知、直接横摆力矩控制器设计和力矩分配法这3个角度分析了汽车DYC系统架构,接着重点阐述了其对车速、车间距离、路面信息、横摆角速率以及车辆质心侧偏角等状态信息的获取与处理方法;然后介绍了上层控制器中车辆动力学参考模型、控制结构及不同变量控制的设计方法以及下层控制器中车辆横摆力矩的分配方式;最后总结了汽车直接横摆力矩控制系统现存的问题以及将来发展的方向。     

基于终端滑模控制的电动汽车转向稳定性研究

针对电动汽车转向时的稳定性问题,以双轮毂电机电动汽车为研究对象,利用线性二自由度车辆模型得到理想参数,提出了基于横摆角速度的终端滑模横摆力矩控制。同时利用Simulink搭建了整车七自由度的车辆模型,通过低速和高速两种情况来进行算法验证。仿真结果表明,上述算法相对于垂直载荷力矩控制和传统滑模控制而言,能够有效的减少目标参数趋于稳定的时间,抗干扰能力强。力矩分配之后输出力矩作用于轮毂电机,便可以有效的保证车辆运行转向时的安全性和稳定性。     

车辆直接横摆力矩的预测控制研究

针对车辆高速过弯时发生的侧滑问题,将预测控制运用于汽车ESP控制系统中,以2自由度车辆模型为预测内部模型,以车辆直接横摆力矩为输出作用于车轮来控制整车的行驶状态。结合Matlab/Simulink建立的七自由度整车模型以及轮胎模型对所设计的ESP控制器进行分析调整。实验结果表明,预测控制器能很好地控制汽车的横摆角速度和限制质心侧偏角,提高了汽车的稳定性和安全性。     

Lane-keeping assistance control algorithm using differential braking to prevent unintended lane departures

This paper describes a hierarchical lane keeping assistance control algorithm for a vehicle. The proposed control strategy consists of a supervisor, an upper-level controller and a lower-level controller. The supervisor determines whether lane departure is intended or not, and whether the proposed algorithm is activated or not. To detect driver′s lane change intention, the steering behavior index has been developed incorporating vehicle speed and road curvature. To validate the detection performance on the lane change intention, full-scale simulator tests on a virtual test track (VTT) are conducted under various driving situations. The upper-level controller is designed to compute the desired yaw rate for the lane departure prevention, and for the guidance with ride comfort. The lower-level controller is designed to compute the desired yaw moment in order to track the desired yaw rate, and to distribute it into each tire′s braking force in order to track the desired yaw moment. The control allocation method is adopted to distribute braking forces under the actuator’s control input limitation. The proposed lane keeping assistance control algorithm is evaluated with human driver model-in-the-loop simulation and experiments on a real vehicle.     

垂直起降无人机基于图像的目标跟踪控制

针对安装有惯性测量单元和摄像机的低成本四旋翼无人机,研究无位置、速度、航向测量情况下的机动目标基于图像的跟踪控制方法.首先,结合无人机的动力学方程在图像空间中推导了系统的误差方程.其次,为克服无航向测量的问题,设计了一种位置控制器,使用图像矩作为反馈输入并输出油门和姿态指令.最后,针对缺少图像速度测量问题,设计了一种super-twisting滑模观测器和控制器,生成的期望姿态和拉力指令无颤振,并通过李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性.最终无人机通过调整倾斜姿态实现了跟踪飞行,且避免了响应慢的航向调整.跟踪机动目标的仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

汽车操纵稳定性的自适应控制策略研究

针对汽车系统的非线性和参数不确定性,设计了一种“前馈+反馈”自适应神经模糊控制器,通过ESP和AFS的协调控制来提高汽车操纵稳定性.ESP反馈控制器采用模糊控制策略,以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标;AFS前馈控制器采用径向基神经网络控制,以反馈控制器的输出作为误差进行学习,从而实现自适应控制.仿真结果表明,上述控制策略是可行和有效的,能显著改善汽车在高速或湿滑路面上的操纵稳定性.     

Design and evaluation of a unified chassis control system for rollover prevention and vehicle stability improvement on a virtual test track

This paper describes the development of a unified chassis control (UCC) scheme and the evaluation of the control scheme on a virtual test track (VTT). The UCC scheme aims to prevent vehicle rollover, and to improve vehicle maneuverability and its lateral stability by integrating electronic stability control (ESC) and active front steering (AFS). The rollover prevention is achieved through speed control, and the vehicle stability is improved via yaw rate control. Since the UCC controller always works with the driver, the overall vehicle performance depends not only on how well the controller works but also on its interactions with the human driver. Vehicle behavior and the interactions between the vehicle, the controller, and the human driver are investigated through a full-scale driving simulator on the VTT which consists of a real-time vehicle simulator, a visual animation engine, a visual display, and suitable human–vehicle interfaces. The VTT has been developed and used for the evaluation of the UCC under various realistic conditions in the laboratory making it possible to evaluate the UCC controller in the laboratory without risk of injury prior to field testing, and promises to significantly reduce the cost of development as well as the overall cycle development time.     

四轮独立驱动电动汽车单轮失效稳定性控制

为了解决四轮独立驱动电动汽车驱动系统失效时的转矩分配问题,提出了一种基于规则的驱动力控制分配策略以保证车辆在出现单轮失效情况下的稳定性和动力性.控制器采用双层控制,包括上层控制和下层控制.在上层控制中,根据驾驶员的输入与车辆状态,采用滑模控制理论计算出控制横摆角速度和质心侧偏角的附加横摆力矩.在下层控制中,根据驱动电机...     

An MPC-based manoeuvre stability controller for full drive-by-wire vehicles

Aiming at the actuator time delay caused by the drive-by-wire technology, a novel manoeuvre stability controller based on model predictive control is proposed for full drive-by-wire vehicles. Firstly, the future vehicle dynamics are predicted by a two-degree-of-freedom vehicle model with input delay. Secondly, in order to prevent the vehicle from destabilizing due to excessive side slip angles, the determined ideal yaw rate and side slip angle are tracked simultaneously by optimizing the front wheel angle and additional yaw moment. Moreover, in order to improve the trajectory tracking ability, a side slip angle constraint determined by phase plane stability boundaries is added to the cost function. The results of Matlab and veDYNA co-simulation show that the regulated yaw rate can track the reference value well and the side slip angle decreases. Meanwhile, the trajectory tracking ability is improved obviously by compensating the time delay.     

Controller design for vehicle stability enhancement

A Vehicle Dynamics Control (VDC) system is developed for tracking desired vehicle behavior. The cascade structure of control system consists of yaw moment major controller and wheel slip minor controller. The Linear Quadratic Regulator (LQR) theory is exploited for yaw moment controller and the sliding mode theory is applied for wheel slip controller design. The use of yaw moment control was investigated by regulating the wheel slip ratio for improving handling and stability of vehicle. The performance of the control system is evaluated under various emergency maneuvers and road conditions through pure computer simulations and Hardware In-the-Loop Simulation (HILS) system. The results indicate the proposed system can significantly improve vehicle stability for active safety.     

四轮驱动电动汽车稳定性预测控制器快速实现

为解决四轮驱动电动汽车在高速情况下易发生甩尾失控的安全性问题,针对整车和执行器间的动力学耦合、控制系统非线性、多变量、实时性等问题,本文采用集中式的控制策略,设计了一种车辆横摆稳定的快速非线性预测控制器,实现了整车横摆稳定和电机转矩分配的一体化控制.为了控制系统的实时实现,将非线性规划问题转化为代数方程组求解,通过解耦预测时域间方程组的耦合关系,实现时域间优化问题的并行求解,提高了控制器的计算速度.最后给出了控制器的硬件并行加速实验,完成了控制系统的硬件在环实验,实现了车辆横摆稳定系统的实时控制.实验结果表明该控制器不仅具有良好的控制性能,而且明显提升了系统实时性.