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。     

转向系统主动容错多输入多输出模型自适应控制

为了提高电动汽转向系统主动容错控制能力,开发出一种包含多输入多输出参数的无模型自适应控制(Multi-input multi-output model free adaptive control, MIMO-MFAC)技术。当转向系统出现故障问题时,通过四轮驱动电机形成横摆力矩方式来提供补偿功能,确保汽车达到目标车速并与既定轨迹保持有效跟踪状态,从而保证安全行驶控制性能。仿真结果表明容错系统可以确保汽车在高速工况下不具备转向控制能力时也可以完成汽车调控。设置容错系统可以使汽车横摆角速度差值低于0.000 5 rad/s,汽车横向位置差值低于0.110 5 m,确保汽车处于10 cm的安全区间内。测试结果和仿真结果相符,表明本主动容错控制系统可以使汽车线控转向系统。横摆角速度达到了0.000 4 rad/s的最大差值,并产生了0.110 2 m的最大横向偏差,确保转向系统出现故障的情况下也可以控制汽车被控制在安全区间内。     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向。以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法。该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

基于死区和抗饱和补偿的线控制动系统非线性压力控制研究

线控制动系统通过机电执行器将所需的制动扭矩施加到车轮上,对车辆的电气化和轻量化有着重要意义.南于系统存在非线性死区效应以及输入饱和问题,导致闭环系统性能降低.针对线控制动系统的控制问题,本文采用基于死区和抗饱和补偿的PID控制器实现线控制动系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证;优化控制模型,建立了线控制动系统数学模...     

基于可拓滑模线控转向控制策略研究

对于汽车线控转向系统的主动转向控制,研究基于可拓滑模控制方法的主动转向系统控制策略。在MATLAB/Simulink中建立基于整车模型的线控转向系统动力学模型,在变角传动比前馈控制的基础上,设计出基于横摆角速度动态反馈的可拓滑模控制器,决策出合理的前轮转角。选取典型工况对所设计的基于可拓滑模控制方法的主动转向控制策略进行了仿真试验,并进行硬件在环试验验证。试验结果表明,基于可拓滑模控制的主动转向控制方法相对于无控制以及滑模控制,提高了汽车的行驶稳定性。     

主动后轮转向及分布式驱动车辆协同控制研究

为有效地改善车辆操纵稳定性,设计了主动后轮转向系统(ARS)与基于直接横摆力矩控制(DYC)的双电机分布式驱动系统协同控制方法,并将其应用于FSAE赛车。首先建立ARS及DYC车辆的二自由度模型;基于滑模变结构控制方法,提出协同控制模型,通过ASR控制器控制后轮转向角,减小车辆质心侧偏角,以及直接横摆力矩控制器(DYC)对两个后驱动轮的牵引力矩进行协调分配,实现横摆角速度的有效控制;最后,通过双移线测试仿真验证本文所提出的控制算法能够有效提高赛车弯道行驶的稳定性。     

基于多样性的汽车线控转向容错研究

为解决线控转向系统转向失效问题,将多样性容错技术应用到汽车线控转向系统中。开展了多样性汽车线控转向系统稳定性分析,建立了线控转向机构与其备份机构之间的关系,提出了基于多样性的转向系统容错设计方法;选用不用经验的驾驶员,在驾驶模拟器上对新设计的线控转向系统进行了转向稳定性试验。研究结果表明,基于多样性容错设计,通过备份的转向功能,驾驶员能根据自己的意图通过转向机构灵活地控制车辆,减少转向失效;同时,能避免由于线控转向系统中过度冗余造成的成本和体积的增加,有利于提高车辆转向稳定性,有利于在汽车线控转向系统中的应用。     

多轴车辆线控液压转向系统设计及转角控制

为减小多轴转向车辆货厢部位的第三轴转向轮转向磨损,要求该车轮与驾驶室部位的前转向轮转角关系满足阿克曼转向原理。针对某型号8×2四轴重型车辆,设计出一种第三轴线控液压转向系统,并建立其动力学模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器对第三轴转向轮转角进行控制,选取典型工况对所设计的控制器进行了仿真分析,并进行实车试验验证。研究结果表明：基于指数趋近律的滑模控制比基于比例切换函数的滑模控制及开环控制响应更快速、趋近目标值时间及超调持续时间更短、稳态差值更小;与采用机械液压转向系统相比,安装基于该控制器的线控液压转向系统不仅能显著提高第三轴轮胎的转向抗磨损性能,同时也改善了整车的转向性能。     

基于SDRE方法的汽车线控转向系统控制方法研究

利用状态相关Riccati方程(SDRE)方法对汽车线控转向系统控制器进行研究。通过车辆动力学和轮胎模型,建立线控转向系统的状态相关系数结构(SDC)方程;针对动力学方程具有高度非线性的特点,设计了基于SDRE方法的控制器;最后采用θ-D方法对SDRE控制器进行求解,以提高计算效率并保证足够的控制精度。实验平台仿真结果表明:采用SDRE方法设计的线控转向系统控制器具有较高的跟踪精度,可提高车辆操纵稳定性并减少电机能量消耗等。     

模糊控制在线控液压转向系统上的应用

针对线控液压转向系统转向沉重、转向滞后、转向不稳等问题,同时基于线控液压转向系统多变量、不确定和非线性的特征以及目前数学模型还不够精确。提出采用模糊控制方法对线控液压转向系统进行控制。通过考虑转向系统的各种非线性因素,在AMESim和Simulink中建立了与实际线控液压转向系统相吻合的联合仿真模型,通过仿真得出液压缸位移曲线,结果表明:在相同的输入信号下,模糊控制与无控制相比,其响应速度大约提高了1.2s左右,且其动态特性良好,输出稳定,满足系统要求。     

双电机后驱车辆操纵稳定性分层混杂模型预测控制

为改善车辆在复杂工况下的操纵稳定性,解决低附着路面易失稳的问题,针对后驱双电机轮边驱动电动汽车提出一种结合直接横摆控制与主动转向控制的操纵稳定性控制策略。控制策略采用分层控制结构：上层控制器采用多输入多输出系统的模型预测控制,对目标附加横摆力矩与前轮主动转向角进行求解;下层转矩分配控制器采用混杂模型预测控制（hMPC）,将轮胎纵向力的非线性特征简化为分段的混杂系统,在分配驱动转矩时考虑车轮在不同工况下的滑转情况。搭建了基于dSPACE实时仿真系统的仿真平台,在高附着、低附着路面下进行半实物仿真试验。仿真结果表明,与二次规划（QP）转矩分配算法相比,高附着路面工况下平均相对误差减小了17.64%,方均根误差减小了42.86%,最大偏离误差相对减少了7.64%;低附着路面工况下可以有效防止车辆失稳,改善操纵稳定性。     

基于自适应模糊的汽车半主动悬架容错控制

半主动悬架可以自适应调节阻尼器的阻尼力,具有良好的可控性.针对半主动悬架的增益故障,提出了基于自适应模糊控制的汽车半主动悬架容错控制.在分析汽车半主动悬架阻尼器输入输出特性的基础上,建立了阻尼器发生增益故障时的故障悬架模型,设计了未知输入观测器对阻尼器增益故障进行故障诊断.基于自适应模糊控制对汽车半主动悬架系统阻尼器增...     

Design and Analysis of Fault Diagnosis and Fault-tolerant Control for a Class of MIMO Nonlinear State Systems

This paper presents a fault diagnosis and fault-tolerant control algorithm,which can be used for a class of multi-input multi-output(MIMO)nonlinear state system...     

考虑传感器与执行器故障的EPS主动容错控制

针对传感器及执行器故障对EPS助力性能的影响,提出一种EPS主动容错控制方法。建立含参数不确定性、传感器与执行器故障的EPS系统模型,将系统不确定性转化为故障估计误差系统的扰动,基于未知输入观测器及线性矩阵不等式推导故障估计误差系统稳定并对扰动具有鲁棒性的充分条件,采用LMI区域极点配置法提升故障估计性能;在此基础上,针对执行器故障设计控制律补偿容错控制算法,针对传感器故障设计信号重构容错控制算法。Matlab/Simulink环境下的仿真结果表明,当传感器与执行器单独或同时发生故障时,设计的故障估计算法均可较为准确地估计故障幅值,故障估计的误差较小;针对不同故障对助力性能的影响,提出的容错控制方法均可使故障EPS系统的助力性能有所恢复。基于LabVIEW PXI的硬件在环试验进一步验证容错控制应用于EPS系统的有效性,提升汽车转向行驶的安全性及可靠性。     

多缸同步提升电液系统建模和控制

针对多缸同步提升电液系统,在分析系统运动的数学模型和液压缸的冗余性问题后,提出一种具有二级的非线性系统控制器。该控制器的外环级采用线性多输入多输出系统的定量反馈控制理论和冗余性分析策略,以获得多缸同步运动所需的各缸期望负载压力；内环级由n个基于扰动观测的单输入单输出液压缸非线性负载压力控制器组成,用于在有扰动情况下实现对每个提升缸期望负载压力的精确跟踪控制。以四缸同步提升系统为实例的运行结果表明,该控制策略可以有效地实现多缸运动同步控制。     

HUMAN-SIMULATING VEHICLE STEERING CONTROL ALGORITHM

A new vehicle steering control algorithm is presented. Unlike the traditional methods do, the algorithm uses a sigmoid function to describe the principle of the human driver's steering strategy. Based on this function, a human simulating vehicle steering model, human-simulating steering control(HS) algorithm is designed. In order to improve the adaptability to different environments, a parameter adaptive adjustment algorithm is presented. This algorithm can online modify the value of the key parameters of the HS real time. HS controller is used on a vehicle equipped with computer vision system and computer controlled steering actuator system, the result from the automatic vehicle steering experiment shows that the HS algorithm gives good performance at different speed, even at the maximum speed of 172 km/h.     

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。     

线控转向系统的前轮转角跟踪策略研究

研究通过对线控转向系统进行主动控制,可靠并准确地得到期望的前轮转角。基于建立的线控转向系统数学模型,使用非线性自回归模型确定其系统参数,设计内模控制器跟踪车辆的期望运动状态。通过开环和闭环试验,对控制器在典型的驾驶工况下的有效性进行了验证。通过与PID控制器的结果对比,证明所设计的内模控制器能提供更好的控制性能。为减少驾驶员的操纵负担并确保车辆在不同行驶条件下的稳定性,根据不同工况下的测试结果提出基于增益不变的变角传动比控制策略,并设计了滑模控制器跟踪期望横摆角以实现主动转向。通过对内模和滑模控制器的联合仿真结果表明,所设计的控制器可实现期望横摆角度的精确跟踪,显著提高车辆的操纵灵活性和稳定性。     

新能源汽车主动四轮转向稳定性控制技术

针对无法在不同环境下改变控制规则，导致对汽车控制时获得的横摆角速度、质心侧偏角、车轮转角与理想模型偏差大，车身侧倾角大，存在控制性能差的问题，提出新能源汽车主动四轮转向系统稳定性控制方法。构建了汽车横向动力学模型、垂直运动模型、运动状态方程以及路面输入模型，设计了自适应模糊控制器，将可调因子引入自适应模糊控制器中，使控制器可以适用于不同环境，完成新能源汽车主动四轮转向系统的稳定性控制。实验结果表明，所提方法应用后，可实现汽车主动四轮转向系统稳定性控制。