汽车线控转向系统自适应变增益传动比设计

转向传动比是影响车辆主动安全性及操纵稳定性的重要因素。为改善线控转向车辆在低附着系数路面下的转向特性,设计了随路面附着系数和车速变化而自适应调整的变增益传动比。建立汽车二自由度模型,分析影响横摆角速度增益的因素,并通过仿真得到影响因素与增益之间的数据关系。采用Min-Max归一化方法,将影响因素与横摆角速度增益之间的数据进行预处理,构建神经网络数据集;设计蛇算法优化的BP神经网络(SO-BP),利用预处理后的数据集对SO-BP神经网络进行训练,由此动态获取变横摆角速度增益。采用变横摆角速度增益与侧向加速度增益按比例综合的策略,设计线控转向变增益传动比。利用Simulink-CarSim搭建线控转向整车模型,分别在高附着系数路面双移线工况和低附着系数路面角阶跃工况下,将所设计的变增益传动比与传统定增益传动比进行对比分析。结果表明:高附着系数路面条件下,两种传动比车辆的行驶轨迹误差保持在3%以内,而变增益传动比车辆的转向盘转角峰值降低了9.1%;低附着系数路面条件下,变增益传动比车辆在中低车速下的横摆角速度稳态值降低了22.3%、峰值降低了24.6%,中高车速下的横摆角速度稳态值降低了6.6%、峰值降低了10.8%。变增益传动比不仅可以提高车辆在高附着系数路面上的转向灵敏度,也改善了在低附着系数路面上行驶的安全性与操纵性。

车辆线控转向系统的永磁同步电机谐波抑制策略

为解决车辆线控转向系统的永磁同步电机因谐波电流引起的相电流畸变问题,提高车辆横向控制的跟随性和回正力矩估算的准确性,设计了基于扩张状态观测器和积分滑模控制器的永磁同步电机谐波抑制策略。使用扩张状态观测器实现对电机基波电流环的dq电流估算,完成解耦及扰动补偿,根据从估算电流中提取的5、7次谐波电流设计积分滑模控制器实现对谐波电流的解耦与抑制。通过Carsim和Matlab/Simulink仿真平台搭建电机对拖和整车仿真模型,结果表明,该策略对额定转速和超额定转速时的5、7次谐波电流有良好抑制能力,可以提高电机转角控制的精确性和回正力矩估算的准确性。

基于预警边界的线控转向主动安全控制研究

为提高传统线控转向车辆转向稳定性,提出一种基于相平面预警边界的主动安全控制策略。首先,建立质心侧偏角与质心侧偏角速度β-β相平面图;其次,针对传统相平面稳定区域划分所用双线法在低路面附着系数时存在不足,提出“平行四边形”边界法改善相平面稳定区域的划分,并以稳定域边界建立预警边界模型。然后基于预警边界设计线控转向主动安全控制器,设计预警度PID控制器和横摆角速度滑模控制器联合决策横摆力矩,以保持车辆稳定行驶,避免失稳状态从而起到主动安全作用;最后,结合Simulink和CarSim联合仿真结果表明,控制器能够有效避免线控转向车辆失稳,提高了主动安全性。

基于滑模理论的线控转向汽车稳定性控制研究

为了提高汽车转向时的稳定性与安全性,在理想传动比前馈控制的基础上,设计了综合考虑横摆角速度和质心侧偏角的主动转向控制器。主动转向控制器根据状态参数实际值与理想值之间的误差,经过自适应滑模控制器计算出独立于驾驶员的额外附加转角,以对前轮转角进行补偿,使得汽车的实际响应跟随理想值,以改善汽车的稳定性。最后,在Matlab/Simulink软件和Carsim软件中建立了线控转向联合仿真模型,分别在双移线、正弦输入以及高、低路面附着系数工况下对设计的主动转向控制器进行试验,结果表明,主动转向控制器明显减小了横摆角速度和质心侧偏角2个参数的实际值与理想值之间的误差,提高了汽车转向时的稳定性。

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。

基于扩展卡尔曼的线控转向系统转角传感器故障诊断

车轮转向角度传感器是汽车动力系统中重要的器件之一,其可靠性直接影响车辆的安全。针对线控转向系统转角传感器的可靠性问题,首先,分析线控转向系统的结构特点,建立三自由度的非线性车辆模型,以及传感器故障种类模型;其次,基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法,利用传感器输入的转角信息,通过车辆模型估计出汽车状态,例如横摆角速度、质心侧偏角等,再与汽车状态传感器测得的实际值生成残差,构建故障诊断向量并提出诊断策略来实现转角传感器的故障诊断;最后,搭建Carsim/Simulink仿真平台进行联合仿真。结果表明该算法可以准确地识别出转角传感器发生的故障。

汽车线控转向系统研究综述

为研究线控转向系统的关键技术及其面临的挑战,概述了汽车转向系统的发展轨迹,分析了线控转向系统较传统转向系统的优势,研究了国内外汽车线控转向系统的研发及应用现状。通过分析路感反馈控制、转向执行控制、冗余设计3个线控转向关键技术,总结了线控转向系统对自动驾驶技术的意义及复杂工况下技术挑战和低成本量产挑战。未来线控转向系统应作为线控底盘的一部分,通过整车底盘垂向控制、纵向控制、横向控制进行融合协调控制。

汽车线控转向关键技术浅析

汽车线控转向系统(Steer by Wire, SBW)在电动助力转向系统(Electric Power Steering, EPS)基础上,不仅具有结构精巧、节能环保、安全舒适等优点,还取消了转向盘与转向轮之间的机械连接,完全由电信号进行转向操作,摆脱了传统转向系统的各种限制。不仅可实现自由设计汽车转向的力传递特性和设计汽车转向角传递特性,还可以通过设计控制算法实现智能化车辆转向。最后,SBW系统相较于传统转向系统更加节省安装空间,重量更轻,更具有可靠性和安全性。

基于模糊控制的车辆线控转向变角传动比研究

为了提高线控转向车辆的操纵稳定性,文章首先在不同速域下对车辆响应进行研究,确定车辆稳态增益的变化特征。其次对不同方向盘输入频率的车辆响应进行分析,确定以转向输入频率为模式切换的阈值条件。然后对方向盘中位与“死区”的关系进行探究设计传动比的增量规律。最后,基于多因素的分析设计变结构传动比模糊控制器,并通过典型工况进行仿真研究。结果表明,在稳态回转试验工况下该策略在低车速下车辆转弯半径明显小于机械转向系统,并随着车速的提高横摆角速度响应降低但仍高于机械转向,这符合理想传动比的设计要求。同时在中间转向试验工况中,该策略下的车辆横向位移更小,符合在中间转向位置需要较大转向输入的预期。

汽车线控转向系统电机冗余控制研究

针对电动汽车线控转向系统转向执行电机使用过程中位置传感器失效的问题,提出一种永磁同步电机无位置传感器冗余控制方法。文章选用内置式永磁同步电机作为线控转向系统的转向执行电机,首先对永磁同步电机的数学模型进行建模分析,其次利用电机转子的凸极特性,采用高频电压信号注入法获取电机转子的位置信息并进行解耦,从而实现电机的无位置传感器控制,最后在Matlab/Simulink软件中对搭建的电机控制模型进行仿真实验,证明控制策略的可行性。

线控转向系统理想传动比控制策略及优化研究

为设计满足操纵稳定性需求的线控转向系统,提出了可适应不同车速工况的理想传动比控制策略。以稳态横摆角速度增益不变下的传动比为基础,设置低速段、中速段、高速段等3个车速区间;基于参数拟合和定转向增益不变控制法中的稳态横摆角速度增益不变,设计了低速段和中速段的理想传动比,高速段考虑到摩擦特性等非线性因素影响,使用模糊控制设计线控转向系统理想传动比;通过Carsim和Simulink仿真分析了在不同车速下设计理想传动比控制策略的有效性。研究结果表明:在低速段时,车辆转向运动特性明显提高,增强了车辆的转向灵敏性;在中速段时,车辆转向响应跟随性好,且响应速度更快;在高速段时,车辆行驶时的转向稳定性明显提高。

面向线控转向车辆的横向稳定性分层控制

针对线控转向车辆转向时前轮转角跟踪及车辆稳定性控制问题,提出了关于车辆横向稳定性的分层控制策略。建立了线控转向执行机构二阶模型,通过构造Lyapunov函数设计转向执行机构径向基函数网络自适应滑模控制器来保证控制器的稳定性,以保证前轮转角跟踪的准确性;其次基于扩张状态观测器设计滑模控制器进行上层控制,用以跟踪期望横摆角速度,决策出转向执行机构的最终前轮转角,从而改善车辆转向时的操纵稳定性;通过MATLAB/Simulink和Carsim联合仿真结果显示,所提出的控制策略提升了车辆转向性能和行驶稳定性。

扫路车线控转向前轮转角的双闭环控制策略

针对智能扫路车线控转向系统前轮转角跟踪精度不高的问题,提出一种基于遗传算法_PID控制与RBF网络自适应滑模控制结合的双闭环控制策略。采用层次分析法得到遗传算法适应度函数的多个控制目标的权重,将适用于扫路车的遗传算法_PID控制器作为内环,用于转角跟踪;采用基于横摆角速度的RBF网络自适应滑模控制作为外环,逼近系统中的不确定成分,提高运行的稳定性。将该控制策略与其他控制策略对比,实验结果表明,该控制策略在提高车辆运行稳定性以及前轮转角跟踪上更具优势。

基于快速控制原型的汽车线控转向控制器研究

为了提高线性转向控制系统控制性能以及控制系统的快速性、准确性、稳定性,基于快速控制原型技术搭建RCP测试平台,对比不同控制策略对线性转向系统控制性能的影响。通过建立执行电机的数学模型,依据其动态特性逐步设计优化PD控制器、串级三闭环PID控制器以及模糊PID控制器,分析3种控制器的阶跃响应性能。基于dSPACE设计搭建RCP快速原型控制测试平台,分别对控制器的跟随性能进行半实物仿真实验,对比分析控制器的性能优劣。半实物仿真实验结果表明:模糊PID控制策略在转角跟随性能控制中更为优异。

线控转向前轮转角跟踪控制策略的对比研究

为在有限时间内对线控转向执行系统的转角进行精确跟踪,提出了一种快速终端滑膜控制(FTSM)对前轮转角进行跟踪控制的方法,并验证了该控制器的稳定性。在Simulink中搭建转向系统仿真模型,以该模型替换Carsim软件自带的机械转向系统,搭建出线控转向系统联合仿真模型。并将PID控制、滑膜控制(SMC)、非奇异终端滑膜控制(NTSM)与快速终端滑模控制(FTSM)策略对前轮转角的跟踪效果对比。在仿真实验中,FTSM控制下的前轮转角在梯形工况下和双纽线工况下有最好的控制效果,能够满足线控转向车辆的性能要求。

汽车线控转向系统容错和故障诊断技术

故障检测是在线控转向系统中的关键技术,通过信号处理、模型检测和状态估计等方法,及时发现故障并采取相应措施。选择合适的传感器和开发有效的监测算法是实现故障检测的关键。故障恢复策略包括采取紧急停车、转向力矩补偿、警告和指示灯、备用模式以及故障诊断和通信等措施。其策略旨在确保车辆在发生故障时仍能保持安全和可控,提供适当的警告和指导。故障恢复策略的实施需要系统的自动化和人机交互。

轮式工程车辆线控转向系统设计浅析

轮式工程车辆在工程机械领域具有广泛的应用,文章以轮式工程车辆转向系统为研究对象,论述了传统轮式工程车辆机械液压助力转向和全液压转向两种主要形式转向系统的组成及适用工程作业场景。结合当前轮式工程车辆线控转向系统的技术规划和愿景,论述了线控铰接复合转向技术、多轮独立线控转向技术两种典型技术应用方向,并基于技术背景下的发展难点,聚焦论述实现具有良好性能的转向系统所需攻关的路感模拟技术、故障诊断及容错控制技术、变传动比控制技术三大关键技术。

基于新型趋近律的智能无人车辆线控转向系统滑模控制

路径跟踪是智能无人车辆的关键技术之一,其中,对线控转向系统的精确控制是影响智能无人车辆路径跟踪精度的重要因素.为提升线控转向系统在未知扰动下的转角动态响应性能和路径跟踪精度,本文基于一种新型趋近律设计了改进滑模控制方法并应用于线控转向系统.首先,考虑模型不确定、系统摩擦和齿条力建立线控转向系统数学模型.然后,分析得到滑模趋近律的设计原理,通过设计参数调节函数构建了一种新型滑模趋近律实现趋近速度的动态调节,并对比分析了其在离散形式下的性能.最后,针对线控转向系统,设计改进滑模控制方法.仿真和试验结果表明,改进滑模控制方法能够改善线控转向系统对转角的动态响应性能,提高路径跟踪精度.

具有容错性能的线控转向系统固定时间滑模控制

针对发生电机转矩故障的线控转向系统转角控制问题,建立了线控转向系统的等效动力学模型及转矩故障模型;为提高系统响应速度及容错性能,以理想前轮转角为跟踪目标,设计了一种具有容错性能的非奇异固定时间滑模控制器;针对控制器中的扰动和故障上界难以确定的问题,结合非奇异滑模面给出了一种自适应方案;基于李雅普诺夫稳定性条件,证明了闭环控制系统的固定时间稳定性。Simulink和Carsim联合仿真结果表明:所提控制方法使闭环转向系统具有更快的响应速度,且在发生转矩故障及饱和的情况下,仍能有效地维持系统稳定,并保证转角跟踪精度。

车辆线控转向系统关键技术研究综述

线控转向系统(steering-by-wire, SBW)作为线控底盘的关键执行系统,取消了机械连接,转向操作由电信号直接传达,控制方式更灵活,可实现模块化结构,提高了转向系统与底盘其他子系统的耦合性和控制自由度。对线控转向系统路感模拟技术与变传动比技术及控制参数估计方法进行全面阐述,以及对路感模拟技术中涉及的反馈力矩控制和回正力矩控制研究成果进行了对比和分析,指出其力传递特性和角传递特性不耦合的特点会造成较差的驾驶体验;常用的变角传动比设计方法主要是恒定横摆角速度的变角传动比和随车速(转角)变化的变角传动比这2类设计方法,指出单一设计方法存在的不足,也明确了其分别满足不同驾驶员偏好的角传递特性区间优势;对线控转向技术未来研究方向和发展进行了展望,提出线控转向技术发展应趋向路感个性化、安全可靠、精准控制等特点。