半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控制变量,提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制方案,基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速转角大转向时,直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。     

智能汽车的路面附着极限横向轨迹跟踪控制

在极限轮胎-路面条件下,智能汽车的横向操纵性能急剧恶化,增加了自动驾驶系统的控制难度。现有研究主要聚焦智能汽车轨迹跟踪的性能,但是难以解决低附着路面、紧急避障等极限工况下的智能汽车轨迹跟踪时的安全性和稳定性。利用模型预测控制方法实现了智能汽车的轨迹跟踪,同时保证智能汽车行驶稳定性和安全性,仿真试验同样表明该控制器具有较好的鲁棒性。结合二次型代价函数和安全约束构建了轨迹跟踪的开环最优预测控制问题,通过约束车辆的前后轮侧偏角,保持极限工况下智能汽车的行驶稳定性。研究方法与结果可为智能汽车设计提供参考。     

半挂汽车列车高速变道横向稳定性控制研究

针对半挂汽车列车在高速变道时因参数不确定性导致的横向失稳、半挂车运动轨迹偏移的问题,提出了基于直接横摆力矩控制(Direct Yaw moment Control, DYC)与主动转向(Active Steering, AS)技术的集成控制策略。以追踪牵引车侧向速度、横摆角速度和铰接角的参考数值为目标,设计了一种横向稳定性控制系统。在MATLAB/SIMULINK软件中搭建横向稳定性控制系统模型,并进行高速变道工况仿真试验。仿真结果表明：在高速变道工况下,施加横向稳定性控制作用后,半挂汽车列车模型能较好地追踪参考模型的响应且在车辆参数发生变化时仍有良好的追踪效果;相较于未施加横向稳定性控制作用的系统和仅施加了单控制作用的系统,双控制作用下半挂车追踪牵引车运动轨迹的能力更优。证明了设计的控制方法有效,可为提高半挂汽车列车横向稳定性和半挂车追踪牵引车运动轨迹能力方面提供一定参考。     

用于汽车稳定性控制的路面附着识别算法

轮胎-路面附着系数的识别对汽车动力学状态观测和稳定性控制起着至关重要的作用。汽车电子稳定控制系统(Electronic stability control,ESC)要求在车辆进入失稳危险工况之前能够实时精确地获得路面附着特征,这对算法的实用性和可靠性要求苛刻。为此,提出一种基于横摆角速度偏差和侧向加速度偏差的车辆非线性度双表征量法,全面地反映车辆转向时侧偏与横摆响应的非线性状态,根据非线性度与路面附着利用率的关系设计出附着估算偏差的补偿算法。附着估算时,以侧向加速度测量值为基准,经过偏差补偿得到附着初始值。引入广义滤波器抑制估算值抖动,使其能较好地应用于实车控制。通过实车测试验证本方法的有效性,并在ESC控制循环中验证附着精确估算算法对转矩控制的改进效果。     

低附着条件下的VDC质心侧偏角控制策略

设计了一种基于动态边界的质心侧偏角控制策略,用于低附着路面的车辆动力学控制。分析了汽车在低附着路面上的运动特征,以及低附着路面质心侧偏角控制的策略;根据质心侧偏角、质心侧偏角速度和附着系数的关系,对质心侧偏角赋予与路面附着系数相关的动态控制范围;采用模糊滑模变结构控制算法设计横摆力矩控制器,设计了两个模糊规则表根据路面附着系数的大小,分别调整质心侧偏角偏差在计算附加横摆力矩时的权重,以及附加横摆力矩对质心侧偏角的影响,以有效维持质心侧偏角在低附着路面上始终处于安全的范围。仿真结果证明了该方法的有效性。     

低附着系数路面车道保持模型预测控制及汽车稳定性控制

提出了车道保持模型预测控制算法。在低附着系数路面上分析了双移线工况下转向角和侧向加速度二次低通滤波之差的峰值与汽车失稳程度之间的关系,基于可测信号(转向角、侧向加速度、横摆角速度和车速)提出了模糊控制算法,设计了汽车稳定性控制器。为了阻止低速和不严重失稳工况下汽车稳定性控制器的误启动,提出了不稳定指标模糊控制算法;为了避免汽车稳定性系数急速减小,设计了稳定性系数保持器。CarSim/Simulink仿真结果表明,在低附着系数路面上所设计的转向控制器和汽车稳定性控制器具有更好的车道保持能力和稳定性。     

分布式电驱动汽车列车横向稳定性控制研究

为了提高分布式电驱动汽车列车的横向稳定性,提出了一种基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)的极值优化驱动力矩控制策略。建立了三自由度理想汽车列车模型,通过基于LQR的附加横摆力矩控制器得到附加横摆力矩,运用极值法合理分配驱动力矩,采用TruckSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台分别进行了中速双移线和高速单移线工况仿真。仿真结果表明,中速双移线工况下,所设计的极值优化驱动力矩控制策略相比于平均分配控制策略,其牵引车的质心侧偏角峰值降低了22.78%,牵引车与挂车的横摆角速度峰值分别降低了5.46%和2.86%;高速单移线工况下,其牵引车与挂车的质心侧偏角峰值分别降低了22.85%和17.19%,横摆角速度峰值分别降低了10.40%和8.16%,提高了分布式电驱动汽车列车中高速行驶时的横向稳定性。为验证极值优化驱动力矩控制策略在实时系统中的控制效果,进行了硬件在环测试,结果表明硬件在环测试结果与仿真结果一致。     

考虑路面影响的车辆稳定性控制质心侧偏角动态边界控制

路面附着系数与车辆稳定性控制的效果紧密联系,因此有必要在考虑路面影响的情况下设计一种能够适用于多种路面的质心侧偏角控制策略。在7自由度非线性动力学模型的基础上,由车轮侧向力与路面附着的关系,分析不同路面对质心侧偏角控制的影响。根据路面附着系数的不同,通过定义极限边界和线性区域边界,设计变化的动态质心侧偏角安全边界。根据横摆角速度增益判断车辆是否处于非线性状态,并在有逼近安全边界的趋势时提前施加控制,以避免产生由车轮纵向力增加引起的侧向力减小所造成的加剧车辆侧滑的趋势。基于非线性输入的滑模控制算法设计质心侧偏角控制器。通过Matlab/Simulink仿真和实车试验验证了该控制方法能够在不同附着路面条件下的有效地保证汽车的行驶稳定性。     

半挂汽车列车制动稳定性分析方法探讨

对于半挂汽车列车的制动稳定性分析，一般沿用“滑移界限法”。但该方法推导麻烦，计算、制图、分析的工作量太复杂。试用“Ｉ－β线法”，其工作量大为减少，并用两种方法计算了两个车型的表明，分析结构相同。作者认为，随着车速的提高，设计半挂汽车列车时，制动稳定性分析是必不可少的，寻找一种简单、方便、实用的工程分析方法是有实用价值的。     

低附着路面条件的EPS控制策略

低附着路面上,车辆自回正力矩显著降低,传统电动助力转向控制策略不能很好地克服这一不利影响,导致车辆回正性能降低,路感丧失甚至带来驾驶员对车辆的误操纵,或导致车辆不能及时回正;在建立基于整车动力学的电动助力转向系统模型的基础上,经电动机电流和转矩传感器测得转矩值,拟合得到当前路面条件下的自回正力矩,同时通过转向盘转角信息计算理想路面条件下的名义自回正力矩,结合路面估计算法,将被识别的路面附着系数等级分为高、中、低,设计基于路面附着系数的助力电流控制策略和基于时变滑模变结构控制的回正控制策略,仿真结果表明可有效改善车辆在低附着路面上的操纵路感和回正性能。建立基于LabVIEW PXI的电动助力转向(Electric power steering,EPS)硬件在环试验平台,并对控制策略进行试验验证,试验结果和仿真结果基本一致。     

Multi-objective stability control algorithm of heavy tractor semi-trailer based on differential braking

Rollover and jack-knifing of tractor semi-trailer are serious threats for vehicle safety,and accordingly active safety technologies have been widely used to reduce or prevent the occurrence of such accidents.However,currently tractor semi-trailer stability control is generally only a single hazardous condition (rollover or jack-knifing) control,it is difficult to ensure the vehicle comprehensive stability of various dangerous conditions.The main objective of this study is to introduce a multi-objective stability control algorithm which can improve the vehicle stability of a tractor semi-trailer by using differential braking.A vehicle controller is designed to minimize the likelihood of rollover and jack-knifing.First a linear vehicle model of tractor semi-trailer is constructed.Then an optimal yaw control for tractor using differential braking is applied to minimize the yaw rate and lateral acceleration deviation of tractor,as well as the hitch articulation angle of tractor semi-trailer,so as to improve the vehicle stability.Second a braking scheme and variable structure control with sliding mode control are introduced in order to achieve the best braking effect.Last Fishhook maneuver is introduced to the active safety simulation and the active control system effect verification.The simulation results show that multi-objective stability control algorithm of semi-trailer could improve the vehicle stability significantly during the transient maneuvers.The proposed multi-objective stability control algorithm is effective to prevent the vehicle rollover and jackknifing.     

应用相似模型的半挂液罐车横向稳定性控制

针对在液体晃动情况下,半挂液罐车横向稳定性较差的问题,以相似模型理论为基础,搭建了半挂液罐车相似模型试验台。以4自由度单轨半挂汽车模型作为参考模型,采用卡尔曼滤波方法估计车辆的铰接角,运用最优控制和差动制动技术,设计了基于牵引车横摆角速度和铰接角的半挂液罐车横向稳定性控制策略,并利用所建立的相似模型试验台,进行了双移线工况的横向稳定性控制试验。试验结果表明:运用设计的控制策略,结合最优控制和差动制动技术可以有效抑制液体晃动对车辆的影响,降低车辆行驶状态参数的波动,提高半挂液罐车的行驶稳定性。     

牵引车-半挂车列车稳态转向特性的判别方法

研究3种用于判别牵引车-半挂车列车稳态转向特性的方法线性系统稳态转向特性判别方法、非线性系统稳态转向特性的判别方法、能量相平面判别方法。3种方法相互补充,可以全面判别牵引车-半挂车列车的稳态转向特性。     

Development of a stability intelligent control system for turning

This paper presents a stability control system based on a new strategy, with application in turning. It works by permanent assessment of the system operating point position relative to the stability limit, and process parameter permanent, in-process modification such as this point is always placed in the stable domain zone that gives the highest process performance. In the case of turning, here approached: (1) this zone is the stability limit proximity; (2) the system operating point position is determined by assessing a cutting force monitored signal feature; and (3) this position is changed by modifying the cutting edge setting angle, the feed rate, and the cutting speed, as it follows: when the risk of overpassing the stability limit is imminent, the setting angle is increased, followed by a feed rate diminishing and then by a worked piece rotation speed reduction, while immediately after surpassing the risk, the three variables modification is reversed, this way the chatter onset being permanently avoided and the performance kept in every moment at the highest possible level. The system was experimentally implemented on a transversal lathe. The results of tests on dedicatedly designed specimens are showing a machining productivity significant increase, in conditions of a stable cutting process. The system is simple, and it can be easily added to the existing CNC machine tools, without important modifications.     

基于BP神经网络的车辆转向稳定性控制策略及仿真

为研究某半主动悬架车辆的转向稳定性,提出了悬架阻尼BP神经网络PID控制技术.以理想的横摆角速度和实际的横摆角速度误差作为控制目标,对车辆实行转向横摆稳定性闭环控制.通过控制车辆的横摆角速度来分析悬架阻尼变化对车轮垂直载荷及侧倾的影响,针对单移线转向和阶跃转向两种典型工况,应用MATLAB软件进行了仿真.结果表明,在高附着路面上,可以通过控制悬架阻尼来控制车辆的横摆和侧偏运动,当前悬架阻尼增加后悬架阻尼减小时,车辆前、后轴左右车轮的载荷转移明显减小,从而能有效抑制车辆的过多转向特性,为改善操纵稳定性提供一种新控制方法.     

路况识别在车辆动力学稳定性控制中的应用

在分析现有的车辆动力学稳定性控制策略的基础上，提出了一种新的控制策略，构建了以横摆角速度为控制变量的反馈控制器和以路面附着系数μ构成的前馈控制器组成的联合控制系统，并建立了相应的车辆动力学仿真模型，通过仿真验证，得出联合控制系统比单独以横摆角速度为控制变量的控制系统的控制效果更好，对路面的适应能力更强。     

Automatic control of turning

Russian Engineering Research -     

Analysis of tool wear effect on chatter stability in turning

This study establishes an analytical basis for the prediction of chatter stability in the turning process in the presence of wear flat on the tool flank. The components contributing to the forcing function in the machine vibration dynamics are analyzed in the context of cutting force, contact force and Coriolis force. In this way, the effects of the displaced workpiece volume at the wear flat as well as the workpiece rotation in conjunction with its radial compliance can be incorporated in describing the motion of the vibration system. Laplace domain analysis provides the analytical solution for the limits of stability in terms of the machine characteristics, structural stiffness, cutting stiffness, specific contact force, cutting conditions and cutter geometry. Stability plots are presented to relate stiffness ratio to cutting velocity in the determination of chatter stability. Machining experiments at various cutting conditions were conducted to identify the characteristic parameters involved in the vibration system and to verify the analytical stability limits. The extent of tool wear effect and Coriolis effect on the stability of machining is discussed.