多轮独立电驱动车辆驱动力优化控制研究

为了充分发挥多轮独立电驱动车辆的动力性能,提出了一种层次化的驱动力优化控制结构。该控制结构包含基于各轴载荷预分配控制、驱动防滑控制和基于车辆状态的再分配3层控制,其中防滑控制是核心层,采用基于路面最优滑转率滑模控制的方法,通过设计基于累积求和统计目标控制的路面跳变检测器,结合车轮滑转率-路面附着系数图形,可实现变路面的最优滑转率估计。通过该分层控制结构,实现了驱动力在各轴之间以及各个驱动电机之间的优化分配控制。利用硬件在环实时仿真实验验证了该控制结构能改善车辆的爬坡性能、直线加速性能以及障碍路面行驶的通过性。     

基于模糊控制技术的全轮独立驱动车辆防滑控制研究

针对多轮独立驱动车辆车轮容易出现打滑的问题,提出了一种基于模糊控制技术的驱动防滑控制方法。以某型8轮独立驱动车辆为研究对象,设计了驱动防滑模糊控制器,对8个驱动电机进行独立控制,通过试验获取三种典型路面的最优滑转率值,采用模糊估计法,对当前路面的最优滑转率值进行估计,电机输出转矩采用进行基于滑转率差值及其变化率的模糊调节。利用ADAMS所建立的车辆动力学模型与MATLAB中的控制模型进行联合仿真试验,对本文所提出的控制方法的可行性和有效性进行分析验证。     

基于路面自适应的多轮轮毂电机驱动车辆驱动防滑控制

为提高多轮轮毂电机驱动车辆在不同路面行驶的动力性和操纵稳定性,提出一种具有路面识别功能的驱动防滑控制策略。分别建立整车模型、车轮受力模型及Dugoff轮胎模型,运用衰减记忆无迹卡尔曼滤波方法对路面附着系数进行估计。对传统滑模控制方法进行改进,设计模糊滑模控制器,根据路面条件调节轮胎滑转率,计算调整力矩进行车辆驱动防滑控制。利用半实物实时仿真平台开展了仿真实验。结果表明,路面自适应驱动防滑控制策略精确地辨识了典型道路的路面附着系数,迅速适应不同路面条件,减小轮胎过度滑转,有效提高了车辆驱动性能和操纵稳定性能。     

四轮独立电驱动车辆单轮驱动防滑控制试验研究

当四轮独立电驱动车辆单轮进入滑转工况时,车辆出现非期望的横摆扭矩,进入非稳定状况.针对此问题,提出了控制滑转车轮进入最优滑转率、并保证车辆行驶稳定性的驱动防滑控制方法.样车试验结果表明,所提出的控制方法能有效地达到预期控制目标,提高了车辆的稳定性并在一定程度上保证车辆行驶的动力性.     

6×6电驱动轮式车辆驱动防滑控制研究

针对6×6电驱动滑动转向无人地面车辆,建立了非线性18自由度车辆动力学模型,基于电动机驱动车轮扭矩精确可控的特点,以滑转率为调节对象,开发了基于平滑切换的复合Fuzzy-PID驱动防滑控制策略,通过Fuzzy控制器提高防滑控制系统的动态性能和不平路面的适应性能,采用增量式PID控制器提高防滑控制系统的稳态性能和控制精度。结合低附路面、高附转低附对接路面、低附转高附对接路面和对开路面4种路况,对防滑控制策略进行了仿真,仿真结果表明所提防滑控制策略能够快速、有效、平滑地抑制驱动轮的瞬时滑转。     

轮毂电机驱动车辆双重转向直接横摆力矩控制

针对某型8轮轮毂电机驱动车辆,设计一种基于直接横摆力矩控制的双重转向控制方法,建立车辆双轨2自由度动力学模型,研究包含滑移转向工况的车辆参考模型,并对滑移转向比采用基于车速与路面附着条件的模糊调节。为平衡横摆角速度控制与质心侧偏角限制之间的矛盾,在控制模型中,以横摆角速度作为直接控制变量,以质心侧偏角作为约束量,采用滑模变结构控制算法计算期望的横摆力矩,横摆力矩分配过程中采用预分配与驱动防滑控制相结合的分配策略。利用硬件在环实时仿真平台对所提出的双重转向控制算法进行分析验证,仿真结果表明：采用双重转向控制,能有效提高车辆转向的机动灵活性和操纵稳定性,对于提高轮式装甲车辆战场生存能力具有重要意义。     

考虑履带滑转滑移的电驱动履带车辆转向控制

为消除车辆转向过程中履带滑转滑移对电驱动车辆运动学控制的影响,准确实现车辆的转向轨迹控制,对考虑履带滑转滑移的电驱动车辆转向控制策略进行研究。分析表征履带车辆转向过程滑转滑移特性的转向半径修正系数及转向角速度修正系数,在此基础上提出考虑履带滑转滑移的转向控制策略,利用转向半径修正系数及转向角速度修正系数对电机转速控制指令进行修正。通过仿真和试验,对比了不考虑履带滑转滑移的转向控制策略和考虑履带滑转滑移的转向控制策略。结果表明,考虑履带滑转滑移的转向控制策略可以准确地实现转向控制目标,验证了该转向控制策略的可行性。     

轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制仿真

为实现8×8轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制,采用分层控制的驱动力矩分配思想,在顶层基于一种 G－向量控制方法,利用车辆的横向加速度信息对车辆的总驱动力矩进行修正;在中间层次基于直接横摆转矩控制的思想,实现两侧驱动力矩的合理分配;在底层采用驱动防滑控制,实现各驱动轮转矩的优化分配。基于“驾驶员－综合控制器”在环实时仿真系统进行实时仿真试验,对稳定性控制算法和车辆综合控制算法代码进行验证,仿真结果表明该控制方法能够有效抑制车辆的横向运动,提高车辆行驶稳定性。     

基于循环工况的动力传动装置经济性硬件在环仿真研究

在砂石路面循环工况下,对某轻型履带车辆动力传动装置的经济性进行了硬件在环仿真研究.建立了采用硬件在环技术的虚拟平台,校核了动力传动装置实时动态模型,并进行了不同调速率条件下经济性换挡规律的硬件在环仿真研究.结果表明:经济性换挡规律与柴油机调速率间存在着最佳组合关系.     

履带打滑条件下的电驱动车辆转向运动学研究

为了解决履带与地面之间的滑转和滑移使实际转向半径远大于理论转向半径的问题,提出了转向半径修正系数及其计算方法,并利用转向半径修正系数对电驱动履带车辆的运动学公式进行了修正.通过采用Matlab/Simulink对履带打滑条件下的车辆转向运动进行仿真,并将仿真结果与转向试验跑道进行对比,结果表明车辆运动轨迹的仿真结果与试验跑道基本一致,证明转向半径修正系数及其计算方法是正确的,能够真实反映电驱动履带车辆在实际转向过程中履带滑转滑移对车辆转向运动学特性的影响.     

柴油机选择性催化还原系统氨泄漏及控制研究

氨泄漏的预测和控制是选择性催化还原系统的关键问题。开展选择性催化还原系统小样试验,研究V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的氨吸附脱附特性以及氨氮比和温度对氨泄漏量的影响。结果表明：氨泄漏一旦发生氨泄漏量将会迅速升高,氨泄漏临界点的预测和控制对氨泄漏量的控制至关重要;氨泄漏临界点对应的氨存储饱和度不随氨氮比和催化剂温度的变化而改变;氨氮比分别为0.7、1.0和1.4时,氨泄漏临界点对应的氨存储饱和度维持在76.7%附近波动,分别为79%、75%和76%. 氨存储饱和度与氨泄漏临界点有较强的相关性,基于这种相关性设计开发了以氨存储饱和度为控制目标的控制算法,并进行了欧洲瞬态测试循环。采用该控制方法后催化剂出口的氮氧综合比排放为2.45 g/(kW·h),氨泄漏体积浓度均值为3.7×10^-6,峰值为12.8 ×10^-6,达到国家第Ⅳ阶段机动车污染物排放标准要求。     

临近空间飞行器再入滑移区气动热数值模拟

计算流体力学方法(CFD)模拟滑移流区高超声速气动热时误差较大,直接蒙特卡罗模拟方法(DSMC)耗 费计算资源。考虑速度滑移和温度跳跃,采用带滑移条件的CFD 方法对钝头双锥体绕流进行计算分析。采用添加2 阶滑移条件的N-S 方程,模拟双锥绕流气动热,并与DSMC 结果和文献数据进行对比分析。结果表明：滑移条件使 壁面热流分布更接近DSMC 模拟值,并且在克努森数不太大的过渡流区仍保持较好适用性;在克努森数较大时,带 滑移条件的CFD 方法模拟的流场结构存在一定误差。     

基于中心复合设计的热喷涂层接触疲劳寿命预测研究

采用中心复合设计方法,研究服役条件对超音速等离子喷AT40涂层接触疲劳寿命的影响。基于回归分析原理,利用响应曲面方法建立了综合考虑转速、接触应力和滑差率的多因素寿命预测模型,并分析了转速、接触应力和滑差率对接触疲劳寿命的综合作用。研究结果表明：不同服役条件下AT40涂层的接触疲劳寿命具有相同的寿命分布;滑差率是影响接触疲劳寿命的主要因素,接触应力是次要因素,而转速的影响不显著;接触应力和滑差率的交互作用、转速和滑差率的交互作用均对接触疲劳寿命有显著影响。模型的显著性检验结果表明,所拟合的响应曲面回归模型具有较高的显著性,可用于表征转速、接触应力和滑差率与AT40涂层滚动接触疲劳寿命的关系。     

月球车轮壤作用模型研究

从Bekker和Wong的轮壤作用基础模型着手,通过与试验数据的对比,确认Wong的模型更适用于月球车刚性车轮;同时,通过对抓地爪排土效应进行理论分析,提出了理想状态下抓地爪排土的机理,并建立其数学模型.通过仿真计算表明:该模型能够修正Wong模型在动沉陷预测不准的问题;通过观测沉陷率试验曲线和沉陷仿真曲线的趋势,提出了沉陷率变参数假想模型可有效减小大滑转率情况下的分析偏差.通过上述修正建立的轮壤作用集中参数法模型,可进行月球车带抓地爪的刚性车轮与月壤相互作用的动力学分析.     

含能材料感度评估的空间位阻指数算法和程序设计

含能材料的撞击感度可以通过分子动力学模拟获得,然而其计算成本昂贵且受部分材料缺乏合适力场的限制。设计了用于评估含能材料撞击感度的空间位阻指数(Steric Hindrance Index,SHI)的计算算法并开发了相应的计算机程序。该算法压缩原子在晶胞内的坐标以模拟含能材料受到撞击时的形变,对指定的滑移系建立新的空间直角坐标系并旋转晶胞以处理任意撞击方向和滑移系,将旋转后的晶胞内分子根据质心的x坐标进行分层,计算每相邻两分子层在投影区域内的重叠面积,归一化后获得空间位阻指数。根据设计的含能材料空间位阻指数算法,计算了在压缩比为0.1时太安(PETN)、苯并三氧化呋咱(BTF)、奥克托今(RDX)和梯恩梯(TNT)的平均SHI依次为0.8707、0.7940、0.4228和0.0924,与文献中上述材料撞击感度呈降低趋势的结果相符。根据SHI判别含能材料的滑移系敏感性与采用分子动力学模拟的温度、化学反应生成物含量等计算结果的判断一致,而计算成本和方法适用性有较大提高。     

基于支持向量机的热喷涂层接触疲劳寿命预测

针对热喷涂层接触疲劳寿命的预测问题,利用装备再制造技术国防科技重点实验室研制的新型接触疲劳/磨损多功能试验机(RM-1试验机),基于中心复合设计进行等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂ 涂层（AT40涂层）受到接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下的接触疲劳寿命试验,并通过扫描电镜观察涂层的失效形貌。采用3σ准则检验接触疲劳寿命试验的可靠性,将黄金分割法与信息熵理论相结合,对训练集和测试集进行划分。基于支持向量机（SVM）原理,建立综合考虑接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的寿命预测模型。研究结果表明：在接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下,涂层的损伤失效主要是分层失效和表面磨损;采用中心复合设计方案得到的多因素接触疲劳寿命具有可靠性;基于SVM回归理论训练的预测模型具有较高的显著性,可用于表征AT40涂层接触疲劳寿命与接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的函数关系,为喷涂层接触疲劳寿命预测提供理论参考。     

考虑壁面滑移修正的硝基胍发射药流道内数值模拟

壁面滑移是影响发射药压伸成型质量的重要因素之一。为了提高七孔硝基胍发射药压伸成型数值仿真的精确度,研究了发射药药料壁面滑移机理,建立了考虑壁面滑移修正的发射药流动的数学模型。采用有限元方法对七孔硝基胍发射药压伸成型工艺进行了数值模拟。对壁面考虑滑移与未考虑滑移时发射药流道内的压力场,速度场,收缩段与成型段交界处速度矢量分布情况进行了对比分析。通过发射药压伸试验进行了仿真验证。结果表明,壁面滑移降低了发射药成型压力,提高了发射药出口速率的均匀性,有利于发射药压伸成型。发射药实际尺寸与仿真尺寸误差均小于2.0%,其中,外径尺寸误差为0.59%,外弧误差为0.36%,内弧误差为1.80%,孔径误差为1.67%,中心孔径误差为1.72%,仿真工艺符合实际加工。