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。     

基于齿条力估计的线控转向系统主动跟踪器研究

针对智能驾驶线控转向系统的精确转向跟随问题,对线控转向系统的动力学模型建立、外部干扰因素分析及估计补偿、转向跟随控制算法设计等进行了研究。提出了适用于线控转向系统的主动跟踪器,通过实时估计外部齿条力,并进行前馈补偿的方式改善了系统的跟随性能;利用一种基于扩张干扰观测器的齿条力估计方法,将估计结果与鲁棒滑模控制器相结合,设计出了适用于线控转向系统的主动前馈跟踪算法;基于ISO汽车转向系统相关测试标准,在不同工况下对算法进行了硬件在环实验验证。研究结果表明:齿条力估计算法能够实时有效地对外部齿条力进行估计,同时主动跟踪器提升了线控转向系统的转向跟随性能,并且其改善效果在高速大负载工况下更为显著。     

线控转向系统滑模控制策略研究

针对线控转向系统的控制问题,通过Matlab/Simulink软件搭建了整车控制仿真模型,其中包括七自由度整车动力学模型、"魔术公式"轮胎模型、预瞄最优化神经网络驾驶员模型,并基于二自由度车辆模型设计了理想传动比、最优滑模面的滑模控制算法以及消除抖振的滤波算法;然后进行了操纵稳定性试验仿真,并与前述仿真模型改用PID控制算法以及无控制仿真结果进行对比分析。结果表明:滑模控制下的线控转向系统可以更好地追踪理想值,提高了汽车的操纵稳定性、驾驶轻便性。     

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。     

基于遗传算法优化的汽车主动转向控制研究

针对汽车线控主动转向行驶稳定性问题,对汽车线控主动转向的控制策略和控制方法进行了研究;并对汽车的动力学模型进行了建立及简化;利用遗传算法可以克服BP网络收敛速度慢和极易陷入局部极小值等特点,提出了一种基于遗传算法优化BP神经网络的线控转向系统。通过选择典型工况,利用Carsim和Matlab/Simulink联合仿真平台对不同的控制方法进行了仿真验证。研究结果表明,基于遗传算法优化的BP网络控制对汽车主动转向控制效果较好,能使实际横摆角速度对理想的横摆角速度实现很好的跟踪,并显著提高了汽车行驶稳定性。     

线控转向系统汽车的主动转向控制研究

以线控转向系统汽车为研究对象,为提高车辆在低附着路面以及高速行驶时的行驶稳定性,提出了一种基于指数趋近律的滑模控制算法。基于Simulink与Carsim平台,建立整车模型,并对转向执行总成部分进行频率响应特性分析,验证其工作稳定性。根据固定转向增益,设计理想角传动比曲线,并设计滑模控制器实现车辆的主动转向功能。仿真结果表明,与PI控制器的结果相比,这里所提出的控制策略可以更有效地实现主动转向功能。     

基于可拓决策和人工势场法的车道偏离辅助系统研究

为保障驾驶安全,车道偏离辅助系统成为一大研究热点。针对车道偏离辅助系统中的决策问题,提出采用可拓决策方法:以跨道时间和距车道中心线距离作特征量建立二维可拓集合,设计动态边界划分可拓域,不同域中分别采用自由驾驶模式、辅助驾驶模式和线控主动转向模式;求解出关联函数,确定可拓域中辅助驾驶模式人和车的控制权重。针对车道偏离辅助系统的横向运动控制问题,采用人工势场法设计转角控制器:建立了跨道时间模型,以跨道时间为变量设计势场函数,以得到的势场力代入参考车辆模型,用PID控制跟踪理想转向盘转角。针对不同域表征的车道偏离状态,实现自由驾驶模式、辅助驾驶模式和线控主动转向模式之间的切换。利用Carsim/Simulink联合仿真和硬件在环试验台验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制

转向传动比是汽车操纵稳定性及主动安全性的重要影响因素,理想转向传动比忽略转向执行机构影响,仅考虑汽车单一运动稳定性,难以实现汽车主动转向防侧翻实际要求。考虑线控转向执行机构动力学特性,提出融合汽车横摆、横向及侧倾运动增益的线控转向传动比,设计多增益融合转向传动比的主动转向防侧翻控制策略。建立线控转向系统模型,分析线控转向系统动力学特性;由汽车系统动力学理论求解横摆运动、横向运动及侧倾运动的转向传动比增益,采用遗传算法进行不同工况的转向传动比优化,获得多增益融合线控转向传动比;根据典型工况汽车稳定性分析规律,设计多增益融合线控转向传动比的汽车主动转向防侧翻控制策略。实例仿真结果表明,多增益融合线控转向传动比能同时改善车辆低速转向灵活性和高速转向稳定性,设计的控制策略在绊倒型及非绊倒型工况均能够有效地防止汽车侧翻,减少控制器对驾驶员转向意图的干预。     

基于改进H∞算法的线控转向系统仿真研究

针对汽车线控转向系统的鲁棒性问题,对汽车线控转向的原理和结构方面进行了研究;对汽车线控转向的动力学模型进行了建立以及简化;对汽车线控转向控制系统进行了分析与设计.以H∞运算为基础,利用反求法,避开了加权函数的选择,通过观察H∞运算中S/T奇异值曲线,运用符合线控转向鲁棒性能要求的预期S/T曲线逆转了该闭环系统,构建出了闭环传递函数,提出了一种基于改进H∞算法的线控转向系统.通过对线控转向系统的时间域和频率域的分析,以及线控转向系统模型干涉和参数扰动下的仿真结果分析,验证了改进H∞算法的控制策略的准确性.研究结果表明,基于改进H∞算法的线控转向系统在保证了鲁棒稳定性的前提下,具有更好的响应性能;并且改进的控制器比传统的控制器具有更好的鲁棒性.     

基于主动转向与模糊滑模控制ESP的协同控制研究

为了进一步提高汽车底盘协同控制的稳定性与可靠性,设计了一种新的协同控制系统,该协同控制系统由主动转向控制器和电子稳定控制系统(Electronic Stability Program,ESP)控制器组成.ESP控制器基于滑模变结构控制方法中滑模面的模糊逻辑调整策略,并利用模糊控制器建立可跟随车辆状态变化的动态滑模面,与主动转向系统进行协同控制研究.最后基于硬件在环试验平台完成了低路面附着系数和高路面附着系数路面的双移线工况试验分析,试验结果表明:相较其他控制方法,基于主动转向与模糊滑模控制ESP的协同控制可以更好地改善车辆在不同工况下行驶时的操纵稳定性和安全性.     

智能四轮独立驱动电动汽车差动转向与主动转向协同路径跟踪控制研究

智能驾驶技术是当前汽车工业的研究热点,四轮轮毂电动机驱动电动汽车为智能驾驶提供了绝佳的线控平台。充分利用左右车轮不对称转矩主动生成横摆力矩,能够在线控转向基础上更好地实现高精度路径跟踪控制。文中提出了一种基于模型预测控制(MPC)的差动转向与主动转向协同路径跟踪控制方法,建立了车辆三自由度动力学模型,设计了前轮转向角和整车直接横摆力矩的滚动优化控制律来追踪规划路径,有效解决了控制器设计面临的动力总成和转向角执行约束挑战。仿真结果表明,该控制方法能够很好地跟踪目标轨迹,并且与单一线控转向控制相比可以获得更好的结果。     

分布式电驱动车辆线控转向系统MFAC主动容错控制

为解决分布式电驱动车辆线控转向系统容错控制大多需要故障诊断与隔离模块,以及过于依赖精确车辆动力学模型问题,提出基于多输入多输出无模型自适应线控容错控制方法。通过分析车辆3自由度模型确定无模型自适应控制的输入输出关系,建立面向线控转向系统的多输入多输出无模型自适应主动容错控制器（Multi-input multi-output model free adaptive control, MIMO-MFAC）并进行求解,并通过理论推导证明了控制器单调收敛。在此基础上基于Matlab/Simulink和CarSim对该容错控制方法进行了仿真验证,仿真结果表明当转向系统发生故障时,容错控制方法能协同驱动系统产生额外的横摆力矩进行补偿,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶。最后,通过驾驶模拟器试验验证了该容错控制算法的实时性。     

基于功能分配的汽车悬架/转向系统可拓控制及稳定性分析

考虑汽车悬架与转向系统耦合动力学关系,建立整车集成系统动力学模型。选取偏差与偏差微分作为特征量,建立关于特征量的可拓集合。根据关联函数,划分经典域、可拓域、非域三种测度模式。在不同可拓集合范围内对控制功能进行分配,分别设计对应功能控制算法,构建基于功能分配的可拓控制器,以尽可能改善集成系统控制性能。对由最优控制和基于功能分配的可拓控制器构成的闭环控制系统,进行仿真和试验研究,结果表明基于功能分配的可拓控制可进一步全面提高悬架和转向集成系统的控制性能,可拓控制具有获得更佳地控制效果的能力。在不同控制方法下,以悬架、转向系统参数作为变量,对集成控制系统的稳定性进行分析。结果表明,采用可拓控制,控制系统稳定性更佳;增大悬架阻尼、车速、前轮转向角至一定值时,汽车时域响应不稳定程度增加;改变可拓控制器偏差控制系数,对集成控制系统性能均有不同程度的影响;不断增加可拓控制器功能控制系数,系统各项控制性能会发生突变而失去稳定性。     

采用分布式控制单元的线控4WS系统研究

结合四轮转向(4WS)和线控转向(SBW)技术的优点,设计出一种符合要求的线控4WS系统,该系统可实现驾驶员转向意图采集、车轮主动转向控制以及方向盘路感传递。设计线控4WS系统控制单元时,采用分布式的ECU控制结构和CAN总线通信,有效缓解了单一控制器的工作负荷,提升了系统的响应速率和可靠性。在Matlab/Simulink软件中对线控4WS系统最优控制进行建模仿真,将仿真结果和相同条件下的台架实验结果对比,结果表明:基于分布式控制单元的线控4WS系统软硬件设计合理,可实现设计目标。     

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。     

基于FlexRay总线的线控转向系统通信网络

给出了一种汽车线控转向系统通信网络设计.首先对线控转向系统总体方案进行设计,重点介绍了线控转向系统对通信网络的要求;之后设计了基于FlexRay总线的线控转向系统通信网络,包括FlexRay通信网络设计、各节点通信任务分配以及节点初始化;最后进行了通信实验,结果表明所设计的通信网络安全可靠性好,满足汽车线控转向系统通信要求.     

无轨胶轮车主动转向控制策略仿真研究

为解决无轨胶轮车转向系统转向沉重、稳定性差、能耗高等问题,引入线控主动转向系统。通过Car Sim建立线控转向整车动力学模型,采用横摆角速度反馈控制策略,在Simulink中搭建控制框图。最后通过对开路面实验和双移线实验仿真,并与传统转向系统进行对比分析,结果表明,线控主动转向系统可显著改善无轨胶轮车的转向特性。     

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。