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。     

基于主动横向稳定器的车辆稳定性研究

为了提高车辆的抗侧翻能力,设计了一种主动横向稳定器,基于MATLAB/Simulink中建立了8自由度整车动力学模型,采用PID理论进行控制,并以紧急转弯和绕桩试验两工况进行仿真分析。结果表明:主动稳定器能够大大降低车辆转向时的车身侧倾,并且能够相应地降低车轮横向载荷转移率,对提高车辆的抗侧翻能力与操稳性具有很好的效果。     

轮毂电机驱动汽车侧向稳定性底盘协同控制

轮毂电机驱动汽车可以通过差动驱动抑制车辆横摆和侧倾运动,从而提高车辆侧向稳定性,但受轮毂电机力矩和地面附着力约束的限制,作用效果薄弱。为提升车辆侧向稳定性控制效果,提出综合差动驱动、主动转向和主动悬架的车身横摆与侧倾稳定性底盘协同控制方法。根据轮毂电机驱动汽车特点,对其侧向失稳机理进行分析,基于模型预测控制设计前轮主动转向控制器;利用所提出的变系数指数趋近率求解期望横摆控制力矩,基于最优控制算法计算侧倾控制力矩;最后,构建集成差动驱动、主动转向和主动悬架的侧向稳定性控制器并完成整车侧向稳定性协同控制仿真验证。研究表明,所提出的底盘协同侧向稳定性控制方法可以有效控制车辆的横摆和侧倾运动,使其收敛于理想控制域,为轮毂电机驱动车辆的主动安全性控制提供了理论支持。     

汽车侧翻稳定性仿真与分析

研究汽车的侧翻风险与其结构和行驶因素的关系,对提高汽车侧向稳定性具有重要的意义。针对高速急转向情况,建立3自由度侧倾模型,对转向盘阶跃输入和双移线工况仿真。以横向载荷转移率为评价指标,分析汽车在不同参数下的侧翻动态特性。通过对比15自由度模型,验证所建模型符合侧倾规律。结果表明,在前悬增设横向稳定杆、降低质心高度、增大轮距,将有助于提高汽车防侧翻的主动安全性。     

轮毂电机驱动电动汽车侧倾稳定性解耦控制

基于轮毂电机的力矩主动分配实现电动汽车的侧倾稳定性控制。建立轮毂电机驱动整车虚拟样机模型并通过了试验验证;以横摆角速度和质心侧偏角为状态变量,设计基于模型预测控制的横摆稳定性控制器,以侧倾角速度和侧倾角为状态变量,设计基于反馈最优控制的侧倾稳定性控制器;基于空间运动解耦进行四轮驱动转矩的底层协调分配,在此基础上实现了兼顾整车横摆运动的轮毂电机驱动电动汽车的侧倾稳定性控制。研究表明,轮毂电机驱动具有常规半轴驱动所不具备的整车空间稳定性大强度控制能力,利用所提出的横摆和侧倾运动联合解耦控制方法,可以在保证横摆稳定性的前提下有效控制侧倾运动,从而大幅提高整车的空间稳定性。     

极限工况下SUV防侧翻控制策略研究

对SUV在高速转向时的侧翻稳定性进行研究,建立Carsim车辆动力学模型,基于轮胎动态的横向载荷转移原理,设计了一种通过模糊控制方法控制侧向加速度调节车轮制动力实现SUV主动抗侧翻的防侧翻控制器,针对高速紧急工况下SUV车型侧翻过程在Simulink环境中对车辆模型进行动态侧翻稳定性仿真分析。     

转向制动联合的线控转向汽车防侧翻控制研究

针对线控转向汽车有发生侧翻危险,不能同时兼顾防侧翻控制与路径保持控制的问题,本文提出了一种基于线控转向系统的主动转向和差动制动的联合防侧翻控制策略。根据车身横向载荷转移率LTR的值判断发生侧翻危险的程度,计算出主动转向和差动制动作用的权值大小,从而得到附加前轮转角和制动力矩的大小。利用dSPACE硬件在环实验对控制策略进行了验证,实验结果表明这里提出的联合控制方法,能够使车辆在保持侧向稳定性的同时,较好地保持行车路径。     

半挂车主动防翻装置可行性分析

为提高半挂车在急速转弯时的侧翻稳定性,通过一套液压主动防翻装置控制簧载质量侧倾角度,进而降低主要翻转力矩。为了研究主动防翻装置的性能,文中应用ADAMS仿真软件进行了基于侧翻平台的仿真研究,当加装主动防翻装置并设定横向加速度阈值为0.213g后,仿真得到半挂车的侧翻极限由0.3g提高到0.352g,主要翻转力矩的最大值降低了4.577×103 N.m。分析表明,应用该主动防翻装置,可使半挂车的侧翻稳定性提高17.3%,车架的受力状况得到改善。     

重型车辆防侧翻控制研究

针对重型车辆极限工况下易侧翻问题,建立重型车辆三自由度模型,并利用Trucksim建立被控重型车辆模型,以横摆角速度跟踪误差定义积分形式的切换函数,设计一种基于差动制动的模糊滑模控制器。当横向载荷转移率(LTR)超过侧翻因子时,模糊滑模控制求解出车辆所需的目标横摆力矩,根据制动轮选取逻辑对车轮差动制动。通过Trucksim和Simulink对重型车辆防侧翻控制器进行联合仿真,结果表明该控制器提高了车辆在行驶过程中抗侧翻能力,保证了车辆良好的操纵稳定性和路径跟踪能力。     

基于主动悬架的车辆主动侧倾控制研究

汽车侧倾控制通常被动地以减小侧倾角为目标,在转弯中这种控制对提高操纵稳定性、车速、防止侧翻的效能有限。提出一种在转弯时基于主动悬架控制汽车向转弯方向侧倾的控制方法,建立包含2自由度转向模型和4自由度侧倾模型的6自由度车辆模型,通过动力学分析确立期望侧倾角,建立使稳态侧倾角误差为零的主动侧倾滑模控制。仿真计算证实了该控制方法可使乘员感知的侧向加速度和横向载荷转移率大大减小,有效提高了转弯时的操纵稳定性、平顺性、通行速度,大大减小侧翻的可能性。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

To figure out the non-linear relationship between the unsprung mass and rollover stability of in-wheel motor drive electric vehicles, the effects of the unsprung mass on rollover stability in different road excitations were analyzed and an anti-rollover control strategy was investigated. First, taking the characteristics of four-wheel independent drive into consideration, the rollover dynamics vehicle models including the active suspension were established, and the rollover index suitable for uneven road was determined. Next, taking an in-wheel motor drive SUV as an example, the effects of unsprung mass on the vehicle roll stability were verified respectively. Finally, hierarchical controllers were designed based on the distributions of the four wheels driving torques. And some simulation tests with typical manoeuvres were also conducted to evaluate the proposed control method. The results show that, the unsprung mass and the rollover stability form a normal distribution on flat road, however, once existing road excitation, there is complex coupling relationship among the effects of unsprung mass and rollover stability. With the hierarchical rollover prevention controller, the vehicle rollover maybe avoided effectively.     

Study on Rollover Index and Stability for a Triaxle Bus

Vehicle rollover, and its resulting fatalities, is an actively researched topic especially for multi-axle vehicles in the field of vehicle dynamics and control. This paper first presents a new rollover index for a triaxle bus to accurately evaluate its rollover possibility and then discusses the influence laws of the vehicle rollover dynamics to explore the mechanism of its stability. First, a six degree of freedom rollover model of the triaxle bus is developed, including lateral, yaw, roll motion of the sprung mass of the front/rear axle, and roll motion of the unsprung mass of the front/rear axle. Next, some key parameters of the vehicle rollover model are identified. A new rollover index is deduced according to the basics of vehicle dynamics, to predict vehicle rollover risk for the triaxle bus, which is verified by TruckSim. Furthermore, the influence laws of vehicle rollover dynamics by vehicle parameters and road parameters are discussed based on the simulation results. More importantly, the results show that the new method of modeling can precisely describe the rollover dynamics of the studied bus, and the proposed new index can e ectively evaluate the rollover possibility. Therefore, this study provides a theoretical basis to improve anti-rollover ability for triaxle buses.     

基于动态稳定性的汽车侧翻预警

为提高汽车侧翻预警算法的实时性及动态过程侧翻预警的精度,提出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法。考虑车轮侧倾外倾和侧倾转向及悬架变形外倾和变形转向对轮胎侧偏特性的影响,建立多自由度汽车侧翻动力学模型;应用汽车侧翻动力学理论及劳斯稳定性判据获得汽车侧翻动平衡稳定条件及汽车侧翻动平衡状态的抗干扰稳定条件,并提出侧翻动态稳定因子作为汽车动态稳定性的评价指标;融合汽车侧翻预警机理及侧翻动态稳定因子设计出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法;针对高速紧急工况下运动型多功能车侧翻过程进行动态侧翻预警仿真分析。结果表明,基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法预警结果准确、实时,可提高动态过程汽车侧翻预警精度,降低侧翻危险的误报警率,有助于改善汽车防侧翻的主动安全性能。     

平衡重式叉车防侧翻可拓分层控制研究

在分析平衡重式叉车结构特性和侧翻机理的基础上,确定平衡重式叉车防侧翻控制执行机构;提出了基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略,设计了包括上层可拓控制与下层执行控制的防侧翻可拓分层控制器。上层可拓控制器将叉车防侧翻控制域分为经典域、可拓域及非域,并确定下层执行控制器的权重系数;下层执行控制器接收上层可拓控制器确定的权重系数,对横摆角速度控制器和侧向加速度控制器进行控制权重分配,并执行防侧翻控制指令,实现平衡重式叉车防侧翻可拓控制。欧标工况仿真与实车试验结果表明：基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略可有效降低叉车在高速紧急转向工况下的侧倾幅度,防止叉车侧翻,提高了平衡重式叉车的稳定性与主动安全性。     

平衡重式叉车防侧翻分层控制研究

在分析叉车结构和侧翻机理的基础上,设计了一种防侧倾液压油缸作为防侧翻控制的执行机构,以提供侧向支撑力;提出了一种基于T-S模糊神经网络的防侧翻分层控制方法,将叉车防侧翻进行分层控制：上层采用T-S模糊神经网络对叉车的实时运动状态进行判断,并作为下层控制的依据;中层控制层依据运动状态的划分分别选取对应的策略;下层执行层利用不同策略下执行机构的动作形式来控制模型的输出。仿真与实车试验结果表明,所提方法能够在叉车处于紧急工况下对安全域进行划分,以实现提高叉车安全性的目的。     

电液控制的主动横向稳定杆的应用仿真研究

为了改善商用车的侧倾稳定性,设计了一种集液压控制与电机控制的优势于一体,具有较高控制精度和较大反侧倾力矩的电液控制主动横向稳定杆,并以某19座商用车为例,建立了包含转向、俯仰、侧倾,车身垂向运动在内的九自由度整车模型,对其中的主动横向稳定杆设计了一种PID+前馈的控制策略以提高控制精度,减少迟滞,并通过Simulink和Trucksim的联合仿真以验证其有效性。在附着系数为0.8的B级路面上,分别进行鱼钩、方向盘角阶跃和双移线三种不同的工况下的仿真。结果表明,与被动稳定杆相比,提出的这种主动稳定杆能够让车身侧倾角,横摆角速度,侧向加速度和质心侧偏角均有(20~45)%的降低,极大的提高了车辆的侧翻稳定性。     

四轮独立驱动汽车驱动系统故障诊断与容错控制

针对四轮独立驱动电动汽车驱动系统故障的危险工况,给出一种基于车载传感器信号和无迹卡尔曼滤波器的故障诊断方法。进而,针对在车辆驱动系统部分电机故障情况下,在低附着系数路面上横摆稳定控制中,仍采用跟踪期望横摆率和侧向速度的横摆控制方法会导致车辆失稳的问题,设计出一种基于障碍李雅普诺夫函数的容错控制方法,该方法通过选取障碍李雅普诺夫函数约束车辆横摆率和侧向速度,以解决现有通过跟踪横摆率和侧向速度的横摆容错控制方法仍存在失稳风险的问题。给出的故障诊断和容错控制方法,能够实时诊断车辆驱动系统电机故障,通过车轮转矩的重新分配,可使车辆较快回到稳定状态,提高汽车行驶稳定性。通过不同车轮电机故障工况的仿真,验证了所提出故障诊断与容错控制方法的有效性。     

极限工况下无人驾驶车辆运动规划策略研究

针对无人驾驶车辆在极限工况下的运动规划问题,提出一种适应极限工况的无人驾驶车辆运动规划策略。首先,建立了准确描述车辆运动的动力学模型,并采用修正的非线性轮胎模型反映轮胎与不同路面之间的动力学特性;其次,提出一种基于安全制动距离的自适应势场模型,以适应极限工况下外界条件与车辆参数的变化;再次,考虑到车辆在极限工况下易发生横向失稳,设计出横向稳定性指标(Lateral stability index,LSI)作为关键优化参数,并展开车辆横向稳定性分析;然后,基于模型预测控制方法(Model predictive control,MPC),将极限工况下的运动规划问题转化为多目标优化问题;最后,构建出PreScan-Simulink-CarSim联合仿真平台,并在冰雪路面等多种极限工况下对所提出的运动规划策略进行了验证。仿真结果表明,该策略有效提升了无人驾驶车辆在极限工况下的安全性与稳定性。     

平衡重式叉车防侧翻模型预测控制研究

为降低叉车在高速转向时发生侧翻的概率,设计了一种液压支撑油缸作为执行机构,为叉车提供侧向支撑力。针对叉车行驶过程中的安全域判断问题,提出基于零力矩点的叉车行驶状态划分策略,以零力矩点沿侧向分量与叉车支撑平面的关系作为划分依据,并考虑侧翻过程中叉车支撑平面的变化,将叉车侧倾过程分为安全行驶、危险可控以及临界侧翻3个阶段：在安全阶段油缸不提供支撑力;在危险可控阶段基于模型预测控制算法进行油缸支撑力和叉车姿态的调节;在临界侧翻阶段控制油缸为车身提供最大支撑力。该方法以三自由度叉车侧倾模型为控制对象和零力矩点计算的依据,在MATLAB/Simulink中搭建防侧翻控制器进行欧标工况仿真,并进行了实车试验,验证了防侧翻模型预测控制的有效性。