Nonlinear Derivative and Integral Sliding Control for Tracked Vehicle Steering with Hydrostatic Drive

在静液驱动履带车辆转向过程中,车辆的运动状态总是不确定的,且阻力存在非线性、大范围的变化。因此,提高静液驱动履带车辆的转向稳定性,满足未来战场的需要具有重要意义。本文提出了一种滑模控制算法,并将其应用于保证期望横摆角速度的控制。首先通过运动学和动力学分析,建立了速度控制器和横摆角速度控制器。其次设计了非线性微分积分滑模控制算法,通过积分控制项降低积分饱和,有效地抑制不光滑路面的扰动,通过非线性微分控制项提高了系统的反应速度,减小了控制量的抖振。在RecurDyn中对静液驱动履带车辆进行建模,在控制软件MATLAB/Simulink中对转向控制策略模块进行建模。整个模型的联合仿真表明,该控制策略能够提高车辆的转向响应速度,平滑控制输出,且抖振小,具有较强的鲁棒性。     

在冰雪路面上静液驱动履带车辆转向的安全控制策略

在对静液驱动履带车辆转向行驶理论分析的基础上,综合考虑系统可承受最高压力48 MPa、车辆无侧滑、附着力足够(无打滑)等安全条件,设计了在冰雪路面高速履带车辆静液驱动转向控制策略。运用Matlab/Simulink软件对系统进行冰雪路面转向控制仿真分析,仿真结果验证了本文控制策略的可行性和有效性。     

静液传动高速履带车辆转向参数匹配与控制

为了解决静液传动履带车辆转向时外侧系统压力容易过高以及转向轨迹控制问题,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了外侧马达采用压力、发动机转速双参数控制,内侧跟随外侧采用速度闭环控制的转向控制策略,对目标相对转向半径与方向盘转角、车速,马达排量与发动机转速、系统压力等参数进行了匹配。建立了整车转向仿真模型与实车实验系统。仿真与实验结果表明,控制策略能有效控制系统压力,参数匹配结果能满足转向控制要求,车辆按照目标相对转向半径实现了准确快速转向。     

Simulation of Steering Performance for Electric Drive Tracked Vehicle

According to the analysis of the fundamental steering theories of the electric drive tracked vehicle, a new effective electric drive tracked vehicle model is built in this paper. And the simulation of the steering performance of the vehicle is made. The results show that the electric transmission has great advantage on the steering performance aspect; the small radius steering and even the pivot steering is realizable, and the agility and the rapidness is wonderful. The regenerative energy can be fully utilized by controlling.     

分布式独立驱动车辆复合转向匹配特性研究

为研究分布式独立电驱动车辆的复合转向机理,提升车辆的转向机动性、操纵稳定性,以某型8 × 8独立电驱动车辆为对象,构建整车仿真模型、分布式独立电驱动控制模型以及车辆复合转向控制模型,在几何转向的基础上,通过在驱动轮主动叠加速差转角即前馈施加车轮虚拟偏转角的方法,分析在相同轮转角状态下,几何转向模式与复合转向模式对车辆转向半径的影响。通过不同行驶工况下的动态仿真,结合车辆的横摆角度、侧向加速度、质心侧偏角等车辆稳定性特性参数,分析复合转向对于车辆操纵稳定的影响,得出分布式独立电驱动车辆复合转向匹配特性。     

基于双功率流差速转向履带车辆关键参数研究

为了适应复杂环境和非结构化地形,提出一种具有平衡摇臂的双功率流差速转向的履带车辆动力底盘.该履带车能够实现调节地隙、自适应路面、障碍物跨越、灵活的姿态调节和稳定的姿态保持以及轮履复合的设计要求.确定了具有差速转向机构的履带车辆的总体构型方案,根据驱动力和行驶阻力的平衡建立了行驶模型,根据履带车辆爬坡角度和爬坡速度,建立了爬坡时所需功率模型,以此为基础,确定了移动机器人爬坡时驱动电机最大功率与最大爬坡度和爬坡时的车速之间的关系,分析和计算了履带车辆直线行驶电机、转向行驶电机、摆臂调节电机的功率,推导出了转向时内外侧履带所受的转向阻力矩,并确定了车辆对质心总转向阻力矩.该研究成果为履带车辆的样机研制和试验提供了理论依据和研究手段.     

履带车辆自动变速系统的智能控制方法

分析了履带车辆复杂多变的行驶工况,针对车辆行驶状态参数、路面状况和驾驶员操纵信息的人-车-路闭环系统,确定了履带车辆智能换挡控制的主要原则.运用智能控制理论,提出了履带车辆自动变速系统实现模糊神经网络控制的总体方案和技术路线,系统可自动适应复杂多变的车内外行驶情况,以提高履带车辆的动力性和越野机动性.     

履带车辆行驶环境与驾驶意图的模糊特征分析

分析了履带车辆行驶状态参数、路面状况和驾驶员操纵信息形成的人-车-路闭环系统,应用采集到的油门开度、车速、加速度、油门开度变化率、累计制动时间等车辆行驶状态参数,运用模糊推理方法,对驾驶员意图和复杂多变的路面状况的模糊特征进行分析,为建立能自动适应复杂行驶工况的车辆智能控制系统奠定了基础.     

基于串级MPC和EPS的集成驾驶员转向车道线保持

针对电动助力转向( EPS)作为转向执行机构的车道线保持的控制系统设计及保留驾驶员对车辆操控问题,提出基于串级模型预测控制( MPC)和EPS集成驾驶员转向的车道线保持系统. 在车道线识别视觉系统空间,建立车道线保持状态空间模型,设计基于MPC的车道线保持控制器( LMPC) . 建立EPS状态空间模型,设计基于MPC的EPS车辆前轮转角控制器( EMPC) . LMPC与EMPC经逆转向机构模型组成串级控制结构. 分析驾驶员转向对车道线保持控制的影响,进而通过保留驾驶员对车辆控制来提高处理紧急事件的能力. 仿真结果表明:在不同车速和不同曲率道路下,该控制策略均能快速消除横向位置偏差和航向角偏差,保证车辆沿着车道线行驶,具有较好的适应性和鲁棒性. 驾驶员转向可以改善车道线保持和提高车辆主动安全性.     

改善人-车综合性能的变传动比反馈方法

为了提高驾驶员、车辆组成的人-车闭环系统的综合性能,提出一种变传动比反馈方法.根据车速与转向盘转角设计了模糊控制的变传动比策略,仿真表明该策略产生的传动比变化平滑,能改善驾驶员疲劳指标.将该策略与横摆角速度反馈结合,形成基于模糊控制的变传动比反馈方法.采用该方法在车辆模拟器上进行2种车速下的双移线试验和蛇形试验.结果表明：该方法与横摆角速度反馈或定传动比控制相比更加有效,转向盘的转角变化范围最小,降低了驾驶员疲劳程度,同时保证了车辆操纵的稳定性,使得人-车综合性能指标得到了明显改善.     

履带中心距对履带车辆转向动态性能的影响分析

针对履带车辆由直驶状态切换到转向状态的动态过程展开研究,分析了履带中心距对转向动态性能的影响,结合履带车辆最常见的独立式转向进行动力学分析和仿真,结果表明履带中心距对转向的动态响应时间有很大影响,中心距越大则转向响应时间越短,且两者基本呈线性关系.     

基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法

以29自由度汽车动力学模型为基础,提出了保证汽车转向增益不变的理想传动比稳态控制策略,使线控转向汽车转向特性不受车速和方向盘转角变化的影响;提出了基于状态反馈的动态校正稳定性控制算法。仿真和驾驶模拟器实验表明,基于理想转向传动比的稳态控制策略保证了汽车转向增益不变,减轻了驾驶员的负担,适合于更多的驾驶人群;基于状态反馈的动态校正稳定性控制算法有效提高了汽车的稳定性。     

汽车稳定性控制系统硬件在环仿真

首先建立了八自由度的汽车动力学模型,设计了模糊PI控制器和汽车稳定性控制策略。建立了基于Matlab/Simulink平台下的硬件在环试验平台,针对转向制动和双移线转向行驶两种工况进行了硬件在环仿真试验。结果表明:所设计的模糊PI控制器及控制策略可以通过制动力控制有效地抑制汽车的过多转向或不足转向趋势,提高汽车的操纵稳定性。     

履带车辆自动变速系统动力学模型

对履带车辆自动变速系统的动态特性进行了全面分析,通过对试验结果的回归分析得到液力变矩器的原始特性,根据行星变速器的传动原理,建立了三自由度行星变速器的动力学模型,为自动变速系统的智能控制和仿真分析奠定了理论基础.     

线控转向汽车横摆角速度增益优化设计

为了解决汽车线控转向系统(SBW)转向角传动比的设计问题,对SBW汽车横摆角速度增益值优化方法进行了研究。在建立整车动力学模型和驾驶员模型的基础上,从人-车闭环系统角度出发,采用汽车操纵稳定性综合评价体系中的轨迹跟踪误差评价指标、驾驶员操纵负担的评价指标、侧翻危险性评价指标和侧滑危险性评价指标并与遗传算法相结合,在典型车速下对汽车横摆角速度增益值进行了优化。试验结果表明,采用优化后横摆角速度增益值设计的SBW转向传动比可有效地提高汽车操纵性,减轻驾驶员负担。     

电动轮车电子差速控制的试验研究

电动轮车是一种新型的采用电动轮驱动的电动汽车,电子差速控制是其关键技术之一。针对4轮独立驱动的低速电动轮车,在利用Ackerman转向模型对其转向时的4轮差速关系进行理论分析的基础上,通过推行转向试验确定了不同方向盘转角时的4轮差速关系,据此采用四路并行的轮边电机转速PID闭环控制实现了4轮的电子差速。实际道路工况的实车试验验证了所提出的基于推行转向试验确定4轮差速关系的电动轮车电子差速控制方法的有效性。     

主动转向技术在汽车侧向稳定性控制中的应用

以汽车2自由度模型作为参考模型,利用主动转向技术建立了一种提高汽车侧向稳定性的控制方法。该方法采用主动转向技术来改变转向轮的转向角度,从而有效减少汽车的侧向力,来提高汽车的侧向稳定性能力。在8自由度汽车动力学模型的基础上,运用主动转向技术的控制策略进行了汽车的性能仿真分析。与未采用侧向稳定性控制系统的汽车动力学分析结果相比,该方法能够较好地提高汽车的侧向稳定性能力,增加汽车的主动安全性。     

电动助力转向系统中电机控制的仿真设计

根据汽车电动助力转向对驱动电机的相关要求,结合电路相关参数,设计电机调速控制系统,并通过仿真验证该系统具有响应快速、鲁棒性好的特点,符合适合使用车用转向控制的车型的实际要求.     

最优跟踪车载式自行火炮多桥动态转向系统

建立了包含车身侧倾特性的车载式火炮多桥转向三自由度模型动力学方程普适公式,并构造了用于重构车辆状态的降维观测器,设计了基于最优跟踪控制策略的车辆转向控制器。分析结果表明,能够通过控制车辆后轮转向角来减小汽车瞬时出现的过多转向或不足转向,增强了汽车的动态转向稳定性。所构造的降维观测器也能使反映车辆操纵性能的车辆状态量估计值与实际值一致。     

智能车辆弧线跟踪控制算法

建立了车辆预瞄运动学模型,通过最优控制选取切换超平面,采用滑模变结构控制实现了智能车辆弧线跟踪中弧线曲率小变化时的导航控制。根据模糊控制快速跟踪弧线曲率大变化时的导航路径,结合车辆转向系统当前状态和最快动态响应能力建立了智能车辆弧线跟踪时的变结构控制输出集。仿真分析和实验验证了该融合控制算法在智能车辆弧线跟踪过程中的平稳性和可靠性。