侧风干扰下汽车稳定性控制研究

文章针对高速行驶的汽车在侧风干扰下易发生横摆失稳与驶离预定路径的问题,建立了考虑侧风作用的整车八自由度动力学模型,并利用相平面法,识别侧风环境中汽车所处的状态,设计了主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩(DYC)协调控制器,对侧风环境中汽车行驶进行稳定性控制。在侧风干扰工况下,对控制算法进行仿真验证,结果表明:具有AFS与DYC协调控制器车辆的侧向位移小于无控制及单一控制器的车辆,横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度均得到明显改善,提高了车辆在侧风环境中行驶的安全性和稳定性。

侧风干扰工况电动汽车EPS反向助力控制及试验

针对侧风干扰特殊工况下汽车产生沿侧向风作用方向的偏移,导致方向盘被动产生与车轮同向的偏转,影响汽车稳定性的问题,建立了EPS系统动力学模型和侧向风干扰下整车二自由度模型,设计了一种反向助力策略和柔性PID控制方法,在驾驶员无输入情况下实现反向助力控制,避免汽车过度偏驶。基于高速水流模拟侧风设计实车试验系统,结果表明:反向助力控制下,汽车中轴线到参考基准的平均侧向位移比正向助力控制和无助力控制时分别减小了176%和70%;在40 km/h试验时,反助力控制的横摆角速度、侧向加速度的峰值与平均值比无助力控制时降低了28%～32%,侧向位移减小了41%;显著改善了汽车的稳定姿态,获得了更好的操纵稳定性。

侧风干扰工况EPS反向控制研究

为了研究在侧风影响下汽车正向助力转向偏移过大而威胁驾驶员行车安全的问题,在线性二自由度模型的基础上设计了一种基于自适应滑模算法的反向助力策略,在Matlab软件中建立仿真模型,用以进行仿真试验,Simulink仿真结果表明:在侧向风干扰下,在不同的车速、风速下,采用反向控制策略不仅减小了方向盘角度、齿条位移,还减小了汽车横摆角速度,可以显著地改善汽车行驶的稳定性和安全性,且响应的各项性能指标均优于无风情况;同时,控制器对车速适应性好,对模型精度要求不高,鲁棒性强。

考虑侧风干扰的车辆稳定控制

考虑了行车过程中的侧风干扰,基于反步法设计了车辆稳定控制器,在保证车辆稳定行驶的同时完成车辆无线通信技术(V2X)目标。V2X模型包括车辆与路面之间(Vehicle-toroad,V2R)模型和车辆与车辆之间(Vehicle-to-vehicle,V2V)模型两部分,其中,V2R为巡航轨迹模型,其作用是对驾驶员期望行驶路径进行跟踪,V2V为队列保持模型,用于与前车维持一定的安全距离。为验证本文所设计的控制器能抵抗行车过程中的侧风干扰,完成期望行驶目标,利用MATLAB平台搭建车辆的V2X模型和三自由度模型对反步法控制器进行验证。仿真结果表明:在侧风干扰存在的情况下,反步法控制器可逐步实现车辆稳定控制,具有较强的适用性和鲁棒性。

尾座式垂直起降无人机在时变侧风干扰下的轨迹跟踪控制

该文针对尾座式垂直起降无人机面临的时变侧风干扰问题,设计了一种基于新型姿态提取算法的轨迹跟踪控制方法。首先,根据侧风干扰与无人机姿态的关系建立数学模型,在此模型基础上推导出一种利用无人机滚转角的新型姿态提取算法,显著降低了干扰力。在反步式控制方法的基础上,采用嵌套饱和函数方法对控制输入进行限制,解决推力限幅问题,并通过PD+前馈控制方法解决姿态跟踪控制问题。此外,采用指令滤波器解决了时变侧风干扰造成的期望姿态无法求导的问题。结果表明:只要滤波频率足够大,轨迹跟踪误差便可达到任意小,并通过仿真实验验证了其有效性。

风干扰下的四旋翼无人机ADRC控制律设计

针对小型四旋翼无人机飞行过程中姿态控制容易受侧向风干扰的问题,研究了一种自抗扰控制(ADRC)律。首先分析了侧向风对旋翼的推力,然后建立了风速的组合模型,利用自抗扰控制方法对风的干扰进行估计和补偿,最后在Matlab平台上对所提出的ADRC控制律进行仿真验证。从仿真结果看ADRC控制能够较好地对侧向风的干扰进行估计补偿,从而保证姿态控制具有较好的稳定性。

自适应滑模控制器的EPS侧风反向控制研究

为了研究在侧风影响下汽车正向助力转向偏移过大而威胁驾驶员行车安全的问题,提出一种将反向助力和自适应滑模控制器相结合的控制方法。该方法通过驾驶员转矩和汽车车速的配比设计反向助力特性曲线,并利用自适应滑模电机控制器控制电机输出助力转矩,使汽车在转向过程中,增加了驾驶员转向的阻尼感,也同时提高了驾驶员对转向电机的实时操纵性。将其应用到汽车EPS系统中,仿真结果表明,在不同的车速、风速下,采用反向控制策略不仅减小了方向盘角度、齿条位移,还减小了汽车横摆角速度,可以显著地改善汽车行驶的稳定性和安全性。

半挂汽车列车高速侧向稳定性控制研究

为提高半挂汽车列车高速变道行驶时的侧向稳定性,开展了挂车车轮主动转向控制研究。考虑侧风干扰和车身侧倾,建立挂车主动转向半挂汽车列车的5自由度车辆模型;以挂车的质心侧偏角和挂车质心处的侧向加速度为控制目标,设计挂车车轮主动转向的鲁棒控制器;为验证所设计控制器的有效性,基于搭建的TruckSim与Simulink联合仿真平台,在高速单移线和双移线行驶工况下,仿真研究挂车车轮主动转向的半挂汽车列车侧向动力学特性和挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性。研究表明,所设计的挂车车轮主动转向鲁棒控制器是有效的,它能有效抑制变道时传统半挂汽车列车出现的挂车“过冲”现象,提高挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性,并显著降低半挂汽车列车的质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角。

激光驾束制导导弹抗侧风作用控制方法

针对激光驾束制导导弹抗侧风干扰问题,基于减载控制思想,提出了一种通过控制气流侧滑角的大小来实现姿态修正的方案。在不增加弹上设备的前提下,由惯组信息估计得到实时气流侧滑角,进而将其反馈到控制回路,通过调节修正系数来抵抗侧风造成的导弹横向过载。六自由度仿真结果表明,在24 m/s的侧风干扰下,不加侧风修正方案的导弹会脱离激光波束,而改进方法的制导线偏差则快速收敛,脱靶量小于0.1 m,证明了该方法的有效性。

三轴车辆全轮转向模型预测控制研究

针对由于控制参数和外界环境不确定而导致的线性全轮转向控制器控制精度不高的问题,研究了对模型精度要求低、能处理多约束问题和鲁棒性较好的全轮转向模型预测控制算法。构建车辆数学模型、UA轮胎模型,设计全轮转向模型预测控制器,并选取典型工况,对比分析了基于模型预测控制的全轮转向车辆、线性控制全轮转向车辆和原双前桥转向车辆的响应特性。结果表明:模型预测控制算法对车轮刚度摄动和外界侧风干扰具有较好的鲁棒性,车辆控制效果较好。