重型车辆模糊差动制动防侧翻控制研究

针对重型车辆防侧翻控制算法进行研究,基于差动制动防侧翻理论,将模糊控制与PID控制相结合,设计车辆防侧翻控制器,将车辆输入输出参数模糊化,进行模糊推理及解模糊化,建立模糊规则,开发基于预警的车辆防侧翻PID控制算法,在双移线转向输入工况下对基于差动制动和模糊PID控制的重型车辆防侧翻控制算法进行仿真分析,从仿真结果可以看出车辆在双移线试验工况中施加控制后横摆角速度、质心侧偏角及侧向加速度都得到改善,提高了车辆行驶的稳定性。结果表明基于差动制动和模糊PID控制的重型车辆防侧翻控制算法能够有效的防止车辆侧翻。     

基于模型预测控制的重型自卸车差动制动防侧翻控制研究

为有效解决重型自卸车在极限工况下易侧翻失稳的问题,提出了一种基于模型预测控制的差动制动防侧翻控制方法。建立了重型自卸车九自由度车辆动力学模型,以零力矩点侧倾评价指标作为自卸车的侧翻评价指标,通过差动制动控制的方法为四个车轮提供制动力矩,以提高自卸车的行驶稳定性。为验证所提出的防侧翻控制方法的有效性,在鱼钩工况和阶跃工况下,以传统PID差动制动控制和无控制为对比,进行了MATLAB/Simulink与Trucksim的联合仿真,仿真结果显示,相比PID差动制动控制,所提出的基于模型预测控制的差动制动控制方法具有更好的抗侧翻能力,且稳定性较好。     

基于差动制动的车道偏离辅助控制

针对高速公路上因驾驶员注意力不集中容易发生车辆偏离车道事故的问题,提出采用四轮差动制动对车辆施加辅助横摆力矩以避免车辆偏离车道的方法。基于预瞄点处的车-路偏差、车辆状态和道路附着限制计算期望的横摆响应,设计滑模控制器控制辅助横 摆力矩。通过在同侧车轮定比例分配制动力产生横摆力矩,使车辆横摆响应跟踪目标值,达到车道偏离辅助控制的目的。在Carsim/Simulink联合仿真平台上对基于差动制动的车道偏离辅助控制方法进行仿真实验,研究结果表明所提出方法将车辆限制在车道范围内,有效避免了车道偏离事故的发生。     

四轮转向车辆的直接横摆力矩控制研究

以四轮转向汽车为研究对象,建立七自由度车辆模型、轮胎模型、理想跟踪模型;设计直接横摆力矩和四轮转向相结合的车辆稳定性控制策略。以跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度为控制目标,设计滑模控制器产生车辆转向所需的横摆力矩和后轮转角,按单侧制动的方法将产生的横摆力矩分配到车辆的四个车轮上,通过制动力矩的分配以及转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和质心侧偏角跟踪理想模型。针对七自由度模型,在Matlab/Simulink中与比例控制四轮转向进行阶跃输入和正弦输入两种工况下的时域仿真对比。仿真结果表明,基于直接横摆力矩和四轮转向相结合的的控制策略有效减小了质心侧偏角,横摆角速度对理想值有很好的跟踪,提高了车辆的操纵稳定性,同时验证了横摆力矩分配的有效性。     

车辆横摆角速度跟踪控制仿真研究

采用二自由度车辆动力学状态方程建立了车辆横摆角速度跟踪控制模型。用横摆角速度与其期望值的差值及其变化率作为模糊控制器的输入,设计了模糊自适应PID控制器。基于模糊自适应PID控制器,进行了前轮转向阶跃输入、正弦输入仿真试验。仿真和分析结果表明,设计的模糊PID控制器可实现对参考模型横摆角速度的跟踪,车辆的操纵稳定性得到了有效改善。     

车辆横摆与侧倾稳定性控制研究

为实现对车辆的侧倾控制,自主设计了主动横向稳定杆(Active Anti-Roll Bar,AARB)装置。针对车辆在侧倾中存在非线性、时变性的特点,采用滑模变结构控制理论建立了滑模控制器实现对理想侧倾角的跟踪,保证了车辆的侧倾稳定性。由于在采用AARB控制车辆侧倾时,存在车辆失稳的特点,文中提出采用电子稳定性程序(Electronic Stability Program,ESP)及设计模糊控制器对带有AARB车辆的失稳进行控制,并进行了仿真试验。仿真结果表明,该集成控制能有效控制车辆的侧翻与失稳,有效提高了车辆的横摆与侧倾稳定性。     

高速车辆车道偏离辅助控制研究

针对高速公路上因驾驶员注意力不集中或疲劳容易发生车辆偏离车道事故的问题,提出基于动态车辆横越车道线时间(Time to lane crossing,TLC)触发阈值的辅助控制决策策略和基于差动制动的车道偏离辅助控制方法。根据车-路航向角偏差、路面附着、车速、驾驶员反应时间及执行机构响应时间实时计算动态TLC触发阈值,进行预警和辅助控制决策。在辅助控制决策的基础上,基于预瞄点处的车-路偏差、车辆状态和道路附着限制计算期望的横摆响应,设计滑模控制器控制辅助横摆力矩,通过差动制动产生横摆力矩,使车辆横摆响应跟踪目标值,达到车道偏离辅助控制的目的。在Carsim/Simulink联合仿真平台上对基于差动制动的车道偏离辅助控制方法进行仿真试验,研究结果表明所提出方法将车辆限制在车道范围内,有效避免车道偏离事故发生。建立由CarsimRT/LabviewRT实时平台及转向、制动执行机构组成的车道偏离辅助控制系统快速原型试验台架,对基于差动制动的辅助控制方法进行台架试验,其结果与Carsim/simulink联合仿真结果基本一致。     

利用车辆状态估计的客车防侧翻控制

为提高客车侧翻稳定性,提出了一种基于车辆状态估计的客车主动防侧翻控制方法。针对客车行驶过程中直接计算侧翻指标LTR困难较大、准确度较低的问题,基于TruckSim整车模型和三自由度参考模型建立了无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）状态参数估计器。结合现有车辆稳定性控制系统,设计了柔性PID控制器,以差动制动的原理对防侧翻附加横摆力矩进行补偿。通过TruckSim/Simulink联合仿真平台对客车在鱼钩试验典型工况下进行了仿真试验,结果表明,设计的主动防侧翻控制系统在中、高车速时均能降低LTR值至阈值附近,有效提高了客车的侧翻稳定性。     

基于TruckSim的搅拌运输车防侧翻控制研究

采用基于差动制动的PID控制策略,基于TruckSim和Simulink建立搅拌运输车整车模型和防侧翻控制系统,以正弦工况和不同车速下的侧向加速度、横摆角速度和侧倾角输出为研究对象,对控制系统进行防侧翻控制仿真分析。结果表明:在设定条件下,所建立的控制系统能够有效地对搅拌运输车进行防侧翻控制;随着行驶车速的提高,车辆的侧倾趋势增加,侧翻风险加大,系统控制作用更加明显。     

小曲率路面车辆差动转向与横摆稳定性集成控制研究

为减小车辆在前轮转向系统失效的负面影响,保证转向系统的瞬态控制性能,本文提出差动转向控制与横向稳定性控制相结合的控制方法,通过调节左右轮毂电机转矩形成横摆力矩,实现对系统完全失效车辆的转向控制与横向稳定性控制。首先设计基于LQR差动转向控制器跟踪参考前轮转角与参考横摆角速度,保证车辆轨迹跟踪能力,然后设计基于模糊PID横向稳定性控制器跟踪参考质心侧偏角,保证车辆横摆稳定性,两者构成双闭环控制系统将控制量最终转化为横摆力矩,实现车辆的集成控制。最后通过Simulink-Carsim联合仿真验证,仿真结果表明差动转向系统能够在前轮转向系统失效情况下实现车辆转向控制,并在横向稳定性控制系统的作用下有效地提高了车辆瞬态控制性能。     

基于条件积分方法的无人差动转向车辆动力学控制

研究对象为无人差动转向车辆的动力学控制。通过控制发动机驱动力矩实现车辆的直线行驶,控制左右两侧车轮的液压制动力矩实现车辆的转向行驶,来满足车辆的期望车速与期望横摆角速度需求。相比于传统基于非完整约束模型的差动转向车辆的运动控制,控制算法的设计是建立在分析被控对象动力学模型以及非线性轮胎模型的基础上,考虑到车辆在运动过程中轮胎滑移以及执行器力矩受限对车辆驱制动的影响。基于条件积分方法,设计了抗积分饱和的差动转向车辆动力学控制器,保证了在轮胎力和执行器力矩受限下对参考信号进行准确的跟踪。最后通过实车试验验证了控制算法的有效性。     

主动横摆控制在车辆横向稳定性中的应用研究

以汽车系统动力学为基础,在Matlab/simulink中建立了八自由度整车模型。针对汽车实际转向时存在的非线性特点,以线性二自由度半车模型作为参考标准,结合对车辆稳定性控制原理的分析,设计了以车身横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的联合模糊控制器。采取效率车轮单独差动制动以产生附加横摆力矩的策略,最后在两种典型的试验工况下对整车模型进行仿真。仿真结果表明,采用此策略能够切实可行地实现对车辆行驶稳定性的控制,提高了车辆的横向稳定性。     

基于模糊PID的智能车辆路径跟踪控制技术研究

在智能车辆路径跟踪控制研究中,提出了一种位置误差控制器,由期望横摆角速度生成器和模糊PID控制器组成。建立车辆的运动学及位置误差模型,在当前车辆质心与目标路径预瞄点间实时规划虚拟行驶路径。分析车辆沿虚拟路径行驶时期望横摆角速度的变化率的计算,代入车辆行驶状态及目标跟踪路径信息得到期望横摆角速度生成器。将期望横摆角速度生成器与模糊PID控制器结合,以双移线道路为目标跟踪路径进行联合跟踪仿真。仿真结果表明跟踪偏差主要发生在曲线道路与直线道路连接处,且车辆在低速下跟踪精度较高,稳定性好,中高速时跟踪精度及稳定性都降低。     

爆胎汽车稳定性控制的模糊滑模控制算法研究

汽车在爆胎过程中会出现侧倾、侧翻和甩尾等危险情况,严重威胁了行驶汽车的安全性。为了保证爆胎汽车在行驶过程的稳定性,提高爆胎汽车的鲁棒性和自适应性,在目前汽车爆胎控制算法研究的基础上,提出了一种模糊滑模控制算法。利用UniTire模型建立了爆胎汽车的轮胎模型,并运用Carsim软件搭建爆胎汽车的整车模型。设计了模糊滑模控制器对横摆力矩进行非线性控制,再根据传统的电子稳定性控制理论,对各个车轮施加不同的制动压力,来保证爆胎汽车的稳定运行。在直行与弯道工况下,利用Carsim软件与Simulink模型进行联合仿真实验。实验结果表明,设计的控制器能够有效的提高爆胎汽车的稳定性,汽车的横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度和侧向位移都明显减小。     

分布式驱动智能汽车轨迹跟踪的协同控制

针对车辆在轨迹跟踪过程中，尤其是高速转向等极限工况下，易出现车辆跟踪精度差和失稳的问题，以分布式驱动智能汽车为研究对象，提出一种考虑横向稳定性的轨迹跟踪协同控制策略。首先，建立车辆纵向、横向以及横摆运动的三自由度动力学模型，设计了基于模型预测控制的主动转向控制器，通过优化求解得到跟踪期望轨迹的最佳前轮转角。然后，采用滑模控制设计横摆力矩控制器，将横摆角速度和质心侧偏角作为联合变量，利用积分二自由度控制模型，计算车辆稳定的等效附加横摆力矩。最后，采用二次规划算法设计最优力矩分配控制器，以满足总的驱动力矩和附加横摆力矩的控制需求。仿真试验结果表明，控制系统在极限高速工况下，能够使车辆精确、稳定的跟踪期望轨迹。     

汽车爆胎附加横摆力矩模型研究

在对爆胎车辆动力学特性进行分析的基础上,建立了爆胎车辆产生附加横摆力矩预估计算模型,并结合车辆电控液压制动系统中进液电磁阀开启时间与制动轮缸压力的相关特性,把附加横摆力矩预估值转化为制动轮缸增压时间,以直接控制车辆各轮缸增压时间来实现差动制动,从而产生相应的抗爆胎附加横摆力矩以平衡车辆。设计了相关试验系统,试验结果表明,该预估计算模型基本可以近似计算车辆爆胎后所需的抗爆胎横摆力矩,为提高汽车爆胎应急自动制动系统响应能力,进一步精准控制爆胎车辆运动轨迹提供了先行条件。     

基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制

考虑车辆在极限运动工况下转向时的横摆运动、侧向运动以及侧倾运动的影响,建立以质心侧偏角、横摆角速度、侧倾角和侧倾角速度为状态变量的三自由度线性车辆模型。为了实现车辆线传操纵(steer by wire),以车辆实际质心侧偏角和横摆角速度与理想模型的质心侧偏角和横摆角速度之间的误差作为控制器输入,建立滑模跟踪控制器。考虑到状态变量之一的质心侧偏角难以直接测量,设计了降维观测器以重构车辆状态。仿真结果表明,降维观测器跟踪性能良好,准确的重构了车辆状态;与不受控制的前轮转向车辆相比,所设计的控制系统使车辆的动态特性和操纵性能有效提高。     

基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制研究

防侧翻车辆动力学控制是将传统的车辆动力学控制与车辆的防侧翻控制相结合的现代车辆主动安全技术。本文通过对汽车差动制动的力学特性的分析,介绍了基于差动制动的防侧翻车辆动力学控制。讨论了防侧翻车辆动力学控制的控制原理和相应的控制方案,比较了两种车辆动力学控制的仿真结果,为利用差动制动控制改善车辆的操纵稳定性提供了动力学基础。     

电子机械制动系统等效模糊滑模控制研究

建立了基于电子机械制动(EMB)系统的车辆单轴模型。针对制动过程非线性和路面状况复杂多样的特点,提出以滑移率为控制目标,设计了基于等效控制的模糊滑模控制器。利用模糊规则对滑模控制的抖振进行了有效的控制和消除。对该控制器进行了一定初速度下引入模糊逻辑前后的仿真对比和一定初速度下不同路面制动的仿真。结果表明,该控制器具有较好的可行性和有效性。     

电动轮驱动汽车空间稳定性底盘协同控制

电动轮驱动汽车可以独立控制各车轮驱/制动力矩,并能够通过驱动、制动、转向和悬架系统的协同显著提升线控底盘的动力学控制能力,但车辆各子系统控制功能的简单叠加无法发挥整车控制能力。为改善线控底盘的整车稳定性控制效果,提出综合前轮主动转向、四轮差动驱动和悬架主动调控的空间稳定性协同控制方法。搭建整车动力学仿真平台,分析车辆失稳过程特征;构建底盘协同控制架构,计算出车辆状态期望值及主动悬架介入条件,设计出前轮主动转向和四轮差动驱动直接横摆力矩控制权重分配方法;设计出基于模型预测控制的前轮主动转向控制器、基于滑模变结构控制的直接横摆力矩控制器及基于非奇异终端滑模控制的主动悬架控制器并完成了仿真验证。研究表明,提出的底盘协同控制方法在不同附着条件路面上均能保证车辆安全、稳定行驶,所完成研究为线控底盘集成控制策略开发提供了新思路。