受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。     

受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。     

基于T-S模型的载货车辆动态参数滑模控制

为改善载货车辆极限状态的操纵稳定性和侧翻稳定性,在非线性工作域内进行主动横摆和侧倾力矩的改进型滑模控制,实现载货车辆横摆-侧倾运动的联合控制。利用扇形域建立非线性悬架和轮胎的T-S模型,结合模糊观测器获取悬架和轮胎动态模型参数。基于T-S方法的横摆-侧倾联合控制模型,考虑横向载荷偏移对期望横摆角速度的影响,建立横摆状态和侧倾状态滑模面,设计了改进型滑模方法的动态滑模参数,并对控制系统进行Lyapunov稳定性分析。在Trucksim中采用Sine with Dwell转向输入进行验证,结果表明:结合模糊观测器的T-S方法能够准确模拟模型参数的非线性变化,动态滑模参数具有不同路面摩擦状态的自适应性,结合T-S模型的动态参数滑模方法能显著提高载货车辆极限状态下的稳定性,控制性能优于传统滑模方法。     

汽车四轮转向自适应模糊神经网络控制研究

为了实现现实车辆运动的多自由度和非线性,在Simulink环境下建立包含车辆侧倾运动和轮胎非线性的三自由度四轮转向模型,针对大多控制方法需要依赖被控对象为精确数学模型的缺陷,提出具有联想、自学习、自识别、自适应特性的自适应模糊神经网络四轮转向控制策略;通过以前轮转角及车速作为输入,并依此确定后轮转角的输出,建立获得训练样本的仿真实验模型,用混合法训练得到自适应模糊神经网络控制器,并分别与前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制下的四轮转向控制器进行仿真比较分析．结果表明自适应模糊神经网络控制使车辆在低速到中、高速时质心侧偏角趋于零,具有较强的鲁棒性;在角阶跃、移线实验中,控制效果优于前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制,较大地改善了车辆的操纵性能．     

基于主动横向稳定杆和AFS的车辆稳定性协调控制

根据车辆的基本动力学特性,分析了轮胎非线性对于车辆横摆稳定性的影响,建立了包括主动横向稳定杆与AFS的整车动力学模型。根据主动横向稳定杆和AFS两个系统的运动耦合关系,分别设计了主动横向稳定杆与AFS的各个子控制器,并设计了前后主动防侧倾力矩分配模糊PID控制器,实现两个子系统的协调控制,提高了车辆转向时的侧倾与横摆稳定性。在MATLAB/Simulink环境中,对车辆在转向工况下进行了仿真研究,利用Carsim软件对仿真结果进行了验证,结果证明了两者协调控制策略的有效性。     

全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究

建立了某三轴重型车辆的十自由度操纵稳定性非线性动力学模型,轮胎纵向力与侧向力采用非线性的刷子模型计算。考虑垂向载荷转移和车轮滑移率变化等对轮胎侧向力的影响,基于刷子模型对车辆参考模型的轮胎侧偏刚度进行逆向估计和动态实时修正。结合阿克曼原理和模糊PID控制技术,设计了一种主动比例转向控制(6WS)和直接横摆力矩控制(DYC)相结合的集成控制器(6WS+DYC),参考模型的横摆角速度名义值通过前轮转向和全轮转向横摆角速度相等时的临界速度确定。基于MATLAB/Simulink建立了车辆模型和6WS、DYC及6WS+DYC三种控制器,仿真了车辆高速转向和低附着路面转向两种极限工况下的响应,并对三种控制器的有效性进行了对比分析。研究结果表明,6WS控制可在一定程度内降低车辆的失稳程度,DYC控制和6WS+DYC控制均能保证车辆在极限工况下具有较好稳定性;6WS+DYC控制能够使车辆在两种转向工况下的质心侧偏角均接近于零,同时能够有效降低车辆横摆角速度、簧载质量侧倾角和车辆侧向加速度,其效果明显优于6WS控制和DYC控制。     

前轮摆振对车辆稳定性的影响及后轮反馈控制

建立包括转向系统的整车四自由度模型,分析摆振发生时转向系统刚度、阻尼对前轮摆振角、车辆横摆角速度、侧向加速度和侧倾角加速度的影响。为减小摆振对车辆稳定性的影响,应用最优控制对后轮进行反馈控制。结果表明:当摆振发生后,车辆侧向加速度和侧倾角加速度会产生较大波动,横摆角速度和侧倾角影响不大;转向系统阻尼对摆振的影响较大。采用对后轮的反馈控制可有效改善摆振发生时的车辆横向稳定性。     

利用模糊神经网络的汽车主动悬架与EPS集成控制

在基于转向的主动悬架整车动力学模型基础上,引入EPS模型、轮胎模型和路面输入模型,应用模糊神经网络控制方法,设计汽车主动悬架与EPS集成控制系统及其控制策略,集成控制器根据车身姿态的变化,动态调节主动悬架系统的作动器作用力和EPS的助力转矩,进行转向盘转角角阶越输入的仿真计算和分析,结果表明,相对于不加控制的悬架和转向系统,基于模糊神经网络的主动悬架与EPS集成控制系统的质心垂直加速度峰值和标准差分别下降40.94 %和26.06 %,整车横摆角速度峰值和标准差分别下降6.24 %和48.15 %,有效抑制车身的振动,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。     

基于模糊理论的4WID电动轮汽车横向稳定性控制研究

为充分利用四轮独立驱动(4WID)电动轮汽车各轮驱动电机转矩独立可控及调节迅速的特点,对其横向稳定性控制问题进行研究。以车辆动力学理论为基础,基于动态仿真平台Matlab/Simulink建立包含"魔术公式"轮胎模型以及电机控制模型在内的九自由度整车闭环动力学系统。利用分层思想,上层运用模糊控制理论,分别设计以车身横摆角速度和质心侧偏角为控制变量的模糊控制器,并采用"当质心侧偏角较小时以理想横摆角速度跟踪控制为主,当质心侧偏角较大时以抑制质心侧偏角过大为主"的耦合协调控制策略产生所需附加主动横摆力矩。根据附加横摆力矩的大小,在下层分配设定一个阈值判断模块,通过判定选取效率车轮"差值驱动"及"差值驱动+差动制动相结合"的四轮驱动/制动协同分配模式来产生附加横摆力矩的方法对汽车失稳状态进行主动干预,最后在汽车典型的试验工况下进行稳定性控制的仿真测试。结果表明:采用的控制系统能够将质心侧偏角控制在稳定范围内,并能够很好地跟踪汽车的期望横摆角速度,提高电动轮汽车极限行驶工况下的横向稳定性。     

基于相平面方法的车辆稳定性控制

针对车辆的稳定性问题,基于相平面理论,通过建立二自由度车辆的扩展模型以及运用简化的魔术公式对实际的轮胎侧向力进行拟合,获得了相平面图并划分稳定的区域;研究路面附着系数和车速对相平面边界的影响,确定质心侧偏角与质心侧偏角速度β-β相平面及质心侧偏角与横摆角速度β-r相平面的边界函数,提出一种车辆稳定性控制方法.在建立的Simulink与Carsim联合仿真平台上,对所设计的控制器进行验证,当系统相轨迹超出稳定区域时,以稳定边界为控制目标,控制器集成2种相平面图计算所需要的横摆力矩,将不稳定的状态拉到稳定区域,从而实现了车辆稳定性的控制.最后,与受2种单一相平面控制、横摆角速度控制和未控制的车辆进行对比,结果表明:所设计的集成控制器有一定的优势,能够显著提高极限工况下车辆的稳定性.     

基于滑模观测器的车辆质心侧偏角估测

在汽车稳定性控制中,车辆质心侧偏角是一个重要的参数,直接测量其大小费用昂贵。为研究车辆质心侧偏角,以非线性魔术轮胎模型和二自由度模型为基础,以模型输出的横摆角速度为反馈量,建立滑模观测器,估算车辆质心侧偏角。引入饱和函数为切换函数,减少由符号函数引起的抖振。在Carsim平台建立整车模型以及高附着系数、低附着道路模型,利用Matlab/Simulink模块建立观测器模型,两者联合仿真。通过与龙贝格观测器估算质心侧偏角方法比较,滑模观测器在轮胎处于线性和非线性区域时估算结果更准确。     

基于能量法的车辆侧翻稳定性动力学研究

利用能量方法研究车辆的侧翻性能,提出了一种新的车辆侧翻稳定性综合评价方法。建立了复杂非线性十自由度车辆动力学模型,并通过试验验证了模型的正确性。定义了车辆侧翻能量稳定指标:通过计算车辆实时能量储备与车辆侧翻的能量阈值比值得到侧翻能量储备系数,整合车速和转向输入得到车速-转向干扰系数,最终建立一个包含车速、侧倾角速度、侧倾角和轮胎转角等因素的车辆侧翻稳定性综合评价指标。最后在十自由度车辆动力学模型的基础上进行多工况仿真实验,通过与现有评价指标的对比分析,验证了该评价指标的正确性和适用性。     

Study on the rollover control weight of vehicle chassis key subsystems

针对汽车底盘关键子系统对侧翻运动影响能力及有效作用区域的差异,综合考虑了车辆运动耦合及轮胎力耦合因素,建立了包含悬架、制动和转向系统的11自由度整车侧翻动力学模型.以主动前轮转向、独立制动及主动悬架等底盘典型控制系统为对象,以系统的控制输入为分析变量,选取各系统对车体产生的侧倾修正力矩为权重评价依据,定量地研究了其对侧翻控制的功能权重及有效作用范围.结果表明,这三个控制子系统都可以在不同程度上有效地控制侧翻运动.分析明确了各系统工作的有效工作区域和控制权重,为车辆侧翻控制策略的制定提供了依据.     

基于图解法的三轴车辆操纵稳定性分析

三轴车辆车身长、轴载大、行驶工况复杂,这使得三轴车辆的操纵稳定性相对较差。考虑轮胎侧偏角超过 后,轮胎呈现出较强的非线性特性,分别在线性域和非线性域内对车辆操纵稳定性进行分析。建立整车模型以及线性和非线性轮胎模型;在线性域内,基于根轨迹法研究某三轴车辆结构和状态参数对其操纵稳定性的影响;在非线性域内,基于相平面法分析三轴车辆操纵稳定性与其行驶工况的关系;最后,分析三轴全轮转向车辆的控制机理及其操纵稳定性,为三轴全轮转向车辆的设计和控制提供参考。     

考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制

针对车辆主动悬架系统模型不确定性所引起的控制稳定性问题,提出了一种非线性主动悬架自适应模糊滑模控制策略。为提高车辆平顺性、确保汽车行驶安全性能,建立基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊方法的四分之一车辆悬架系统非线性动力学模型,将滑模控制与自适应理论结合设计合适的滑模面函数和滑模控制律,进而基于Lyapunov稳定性理论对所提出控制器稳定性进行分析。三种不同路面激励下的数值仿真结果表明,所提出的自适应模糊滑模控制器使被控悬架在外界路面扰动下具有更好的扰动抑制能力,车辆悬架综合性能得到明显改善。     

智能车辆换道路径跟踪协同控制研究

针对智能线控转向(SBW)车辆在弯道上换道时的路径跟踪控制与车辆稳定性问题,提出一种分层协同路径跟踪控制器.在上层控制器中,根据参考轨迹设计新的期望横摆角的非线性函数,使车辆在跟踪新的期望横摆角时,侧向位移误差趋于零,从而简化路径跟踪控制;其次通过构造Lyapunov函数,设计基于指数收敛扰动观测器的路径跟踪滑模控制律...     

基于模糊灰色关联的三轴汽车操纵稳定性分析

为研究三轴汽车各轴主要悬架KC特性对操纵稳定性的影响程度,在考虑三轴汽车轴荷分配和侧倾力矩作用下左、右车轮垂直载荷重新分配的基础上,建立了基于悬架KC特性参数的三轴汽车三自由度动力学模型.并以该模型为基础,采用模糊隶属度余弦值和欧氏距离公式建立三轴汽车悬架KC特性模糊灰色关联分析模型,对影响三轴汽车稳态响应特性的主要悬架KC特性的重要性程度进行了模糊灰色关联度分析.结果表明:车速为15km/h时,对于稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度和侧向加速度,各影响因素模糊灰色关联度排序皆为R4R2R3R1R6R5;对于质心侧偏角,R5(β)R6(β)R1(β)R2(β)R3(β)R4(β).同理可得车速为35km/h和55km/h时各个影响因素模糊灰色关联度排序.从而可以得出:三轴汽车各轴悬架KC特性参数中,前桥侧倾转向特性对稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度、侧向加速度影响最大;中、后桥侧倾转向特性对质心侧偏角影响较大,且两者相差不大.     

汽车主动悬架和四轮转向系统的综合控制

针对汽车底盘的两大重要组成-转向子系统和悬架子系统,建立起汽车侧向动力学模型、悬架动力学子模型以及考虑两者耦合效应的综合动力学模型;接着对四种不同控制策略的车辆系统进行了仿真对比,包括被动悬架兼前轮转向系统、主动抗侧倾杆控制系统、主动抗侧倾杆和四轮转向控制系统以及主动悬架与四轮转向的综合控制系统,得出:主动悬架和四轮转向综合控制系统能同时兼顾主动悬架和四轮转向的优点,使车辆的操稳性和平顺性大大提高.     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

考虑作动器动力学的半车主动互联悬架抗侧倾控制研究

为提高车辆的侧倾稳定性及抗侧翻能力,开展了考虑液压作动器动力学特性的主动互联悬架控制研究。首先建立了主动液压互联悬架动力学模型及液体连续方程,然后以车身侧倾角为控制目标,采用backstepping非线性控制方法完成了抗侧倾控制器设计及其稳定性分析,通过构造控制目标跟踪函数使控制系统平稳过渡并追踪期望的侧倾角度。角阶跃转向工况抗侧倾模拟分析表明:所设计的控制系统能使车身侧倾角跟踪期望的角度值,有效控制车身侧倾姿态,降低载荷转移率,提高抗侧倾性能及侧翻极限;同时,主动互联抗侧倾控制还能有效改善悬架动挠度及车轮动载,综合提升车辆性能。