混合动力汽车转向稳定性多传感器融合控制技术

为了满足汽车行驶稳定性要求,当前依托于单一传感信息进行转向控制,容易忽略很多影响因素,使得控制后汽车转向质心侧偏角依旧较大。因此,混合动力汽车提出转向稳定性多传感器融合控制技术。考虑混合动力汽车转向过程中的动态特性,构建转向动力学模型,并计算出车辆理想横摆角速度。深入分析横摆角速度、滑移率对车辆转向稳定性的影响,得出期望的横摆力矩和滑移率调整力矩。将汽车转向稳定性控制问题看作二次规划问题,结合BP神经网络和常规PID控制器,设计转向稳定性控制算法,利用车辆转向参数的理想值、实际值和偏差值推算出稳定性控制参数。结合融合多传感器实时采集信息,推算出汽车转向姿态误差代入控制结构中,给出优化后的控制参数。实验结果表明:新提出的控制技术应用后,车辆转向的质心侧偏角不超过±0.012 rad/s,满足了混合动力汽车转向行驶要求。

基于遥感图像的甘蔗收割机路径规划方法

针对我国目前甘蔗收割机作业高度依赖人工操作、自主导航效率低的问题,本文提出了一种基于遥感图像特征提取技术的新颖路径规划方法。首先利用图像处理技术建立了甘蔗田遥感图像的环境模型,然后利用Floyd算法进行田间转场路径的搜索与长度计算。此外,通过将转场路径长度作为亲和度评价标准,对免疫算法进行改进,实现了多田块的遍历次序优化,进而解决了对不规则形状甘蔗田的全局路径规划问题。基于Floyd算法的改进免疫算法迭代进化最快,收敛时间最短,且能够更有效适应不同复杂程度的甘蔗田遥感图像。

基于SSA-BP神经网络的车-轨-桥系统随机振动分析

轨道及桥梁结构参数随机性对车-轨-桥耦合系统的振动影响不能忽略。基于代理模型研究轨道-桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车-轨-桥耦合系统动力响应的影响。首先,基于经典的车-轨-桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩),采用Monte-Carlo生成2 000个样本集,作为代理模型的训练集。然后,对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度,同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响。最后,假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布,所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别,采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响。结果表明:与经典的车-轨-桥耦合系统力学模型相比,所提出的代理模型具有更高的计算效率;SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型,GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型;SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度;道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显;钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视,而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑。研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考。

四驱车辆交互式多模型自适应无迹卡尔曼滤波路面附着系数估计

路面附着系数对车辆动力学控制性能有重要影响,为准确实时估计路面附着系数,提高算法在不同路面及工况下的估计精度与收敛速度,本文针对分布式四轮驱动车辆,结合7自由度车辆动力学模型和Dugoff轮胎模型,提出了一种基于交互式多模型的自适应无迹卡尔曼滤波(IMM-AUKF)路面附着系数估计方法,首先将改进的Sage-Husa噪声估计器引入到无迹卡尔曼滤波(UKF)算法中,构建了自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)观测器,以对测量噪声进行实时更新并保证其协方差矩阵的正定性,同时提高新观测数据的权重,并增强算法的实时跟踪精度和稳定性;然后通过选择不同的观测变量,分别构建了车辆纵向行驶工况AUKF观测器和横纵向耦合工况AUKF观测器,并利用交互式多模型(IMM)算法进行观测器模型的切换,进而实现算法在车辆不同行驶工况下路面附着系数的准确估计。高附、低附、对接以及对开等路面仿真试验及实车道路试验结果表明,所提出的IMM-AUKF算法相比于传统的UKF算法,具有更高的估计精度与更快的收敛速度,能够适应不同工况下路面附着系数的实时准确估计。

液电式馈能油气弹簧减振器力学特性仿真与研究

基于一种适用于特种车辆的液电式馈能油气弹簧减振器,通过理论分析建立其数学模型和MATLAB/Simulink仿真模型,并分析不同因素对其力学特性的影响规律。首先以流体力学理论和气体状态方程建立减振器粘性阻尼力模型,其次设计一套馈能电机控制电路,结合液压马达工作原理建立减振器电磁阻尼模型,最后分析外界激励频率、液压马达排量和占空比对减振器示功特性的影响。结果显示,减振器阻尼力随外界激励频率的增大而增大,且频率较大时阻尼力趋于过大;阻尼力随液压马达排量的增大而减小,且小排量时对阻尼力影响较大;阻尼力随占空比的增大而增大,但占空比较大时对阻尼力影响较小。

基于数值模拟的路面随机激励模型分析及改进

针对公路运输中大型半挂车的轮胎多轴激励问题,从大型设备半挂车运输的随机激励源头出发,推导出路面不平度表达式,补充表达式的不足之处,再建立Matlab/Simulink模型,改进其设置中的问题,改进后的仿真验证结果比改进前更符合实际情况,文中创建的表达式与模型均可使用,为后续的相关研究提供了理论与模型参考。

基于应力分布的轮地相互作用纵滑模型

松软路面条件下,轮地接触界面应力分布随滑转和沉陷的变化规律较复杂,难以进行轮胎模型的合理表达。基于有限元进行了定沉陷量条件下的轮胎纵向滑转/滑移仿真,探明了轮地接触界面应力分布特性随滑转/滑移程度的变化规律,发现在不同滑移率下应力分布呈现3种特性,分别对应滑转、小程度滑移和大程度滑移状态。通过模拟压陷、剪切试验获得土壤特性参数,建立了适用于3种滑转/滑移状态的应力分布模型,以此为基础进一步建立了轮地相互作用纵滑模型,对松软路面上的轮胎面内特性有较好的表达效果。

基于模型越野车差速锁控制算法的实验平台研制

为了解决现有差速锁自动控制算法实验平台存在的成本高、效率低、数据采集困难等问题,课题组研制了一款基于模型越野车差速锁自动控制算法试验平台。通过在一辆1:8的模型仿真越野车上布置传感器采集车辆状态信息传输到控制器计算处理,通过蓝牙方式实时观测传感器检测车辆状态信息,控制器判断车辆趴窝状态而发出控制指令从而对车辆差速锁的锁止状态进行控制,达到车辆脱困的目的。该实验平台的研发为验证差速锁的自动控制算法提供技术支持。文章主要介绍了该实验平台的设计方案、结构组成、传感器安装位置和模拟车辆趴窝差速锁的自动锁止、解锁工况,验证了实验平台的有效性和可靠性。该实验平台的开发为后续差速锁自动控制算法的移植提供了试验条件和为验证差速锁控制算法的可靠性提供了实验基础。

基于SRCKF的路面附着系数估计

搭建了基于Dugoff轮胎模型的七自由度四轮独立驱动电动车辆模型,基于平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法设计了路面附着系数估计器。利用Simulink与Carsim的联合仿真平台对路面附着系数进行估计,与传统容积卡尔曼滤波算法估计结果进行对比。结果表明:SRCKF算法提高了滤波的稳定性和实时估计精度。

基于改进人工势场法的智能车辆避撞路径规划

针对传统人工势场法存在道路边界势场不完善和局部最优问题,文章提出一种改进人工势场法的智能车辆避撞路径规划。引入道路势场函数来描述道路边界,设立虚拟目标点来摆脱局部最优,建立道路环境模型;为了根据周边环境和车辆状态进行实时规划,设计分层避撞路径规划控制器,将道路环境模型引入上层路径规划器的目标函数中,利用模型预测控制(model predictive control,MPC)的优化算法规划出局部避撞路径,再将路径信息输入到下层跟踪控制器进行跟踪。MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真实验结果表明,该避撞路径规划对于静态障碍物和动态障碍物都可以规划出平滑无碰撞的路径,保证车辆行驶的稳定性和安全性。

雨天路面积水对路面摩擦系数及行车制动距离影响规律分析

针对雨天行车安全性问题,设计试验,通过控制水膜厚度模拟不同路面积水状况,使用BM-III型摆式摩擦仪测试路表摩擦系数值并分析其变化规律,在此基础上计算分析行车滑行制动距离受到水膜厚度、车速等影响规律,研究成果为雨天行车安全性分析工作提供参考。

车辆装备“越野平均速度”类指标研究综述

本文从车辆机动性概念和评价指标体系出发,梳理了国家军用标准关于“越野平均速度”类术语(指标)的定义及试验方法,综合论述了国内对于“越野平均速度”类指标的相关研究成果,介绍了北约参考机动性模型(NRMM)的发展情况、基本功能,就如何更好地发挥“越野平均速度”类指标的作用提出了相关意见和建议。

基于图像识别与动力学融合的路面附着系数估计方法

准确的路面附着系数估计是车辆主动安全控制的前提。首先,建立了单轮动力学模型,利用卡尔曼滤波实现了轮胎纵向力精准估计,并结合魔术轮胎模型建立了基于粒子滤波的路面附着系数估计器;其次,提出了基于图像识别的前向路面附着系数预测方法,通过DeeplabV3+、语义分割网络和MobilNetV2轻量化卷积神经网络实现路面分割和路面类型辨识,并利用查表获取前向路面附着系数。最后,建立了图像识别与动力学估计时空同步方法和融合规则,实现了两种估计方法的有效关联与可靠融合。CarSim-Simulink联合仿真表明,本文所提出的基于图像识别与动力学融合的方法可有效提高不同工况下的路面附着系数估计精度。

车轮-地面耦合动力学行为的CDEM-DEM分析

越野车辆在软土路面上行驶时,其车轮-地面相互作用的动态力学行为极其复杂,车轮的下陷程度和通行能力均为车辆地面力学研究的重点。为探究车轮在软土路面通行时的动力学性能,本文提出了一种连续-非连续单元法(Continu⁃ous-discontinuous Element Method,CDEM)与颗粒离散元法(Discrete Element Method,DEM)相结合的耦合计算方法。该方法中,车轮采用CDEM单元进行描述,软土路面采用DEM颗粒进行描述,CDEM单元与DEM颗粒之间采用罚弹簧进行耦合,通过在车轮上施加动态扭矩,实现了车轮在软土路面上摩擦、滚动及前行过程的精确模拟。借助CDEM与DEM的耦合,探讨了车轮花纹、路障对车辆行驶过程中动力学行为的影响规律。研究结果表明:花纹车轮及光面车轮均在软土路面留下清晰可见的车辙;花纹轮胎较光面轮胎表现出更强的通行能力;花纹车轮转动速度较小,但其车轮平动速度远高于光面车轮,花纹车轮平动与其线速度之比约为12.78%,而光面车轮比值仅为2.80%;车轮在软土路面行驶过程中,相同质量下的光面车轮下陷深度远高于花纹车轮;车辆在含路障路面通行时,地面起伏度与车辆行驶能耗之间密切相关,起伏度越大,所需能量越大。

HN2500滩涂车辆设计与研究

试制了一种适合在沿海滩涂中行走的滩涂车辆 ,通过建立滩涂车数学模型 ,寻找增加它的通过性结构参数 ,并且对这种车辆的设计原理和工作过程进行了分析 .通过对其主要越野性能参数的模拟计算和单轮试验器的试验以及样车的初步试验 ,证明这种车辆能够在滩涂行走 .它基本探索出解决轮式车辆在沿海滩涂作业时通过性问题的路子 ,为开发滩涂机械提供了依据 .

履带式农机底盘在超湿黏土地面的通过性研究

为研究履带式农机底盘在超湿黏土地面上的通过性问题,采用仿真分析和试验验证相结合的方法分析某履带式农机底盘在超湿黏土地面上的通过性。原位采集超湿黏土土壤,以土壤硬度为评价指标,实现土壤样本的实验室重构;进行土壤的承压特性和剪切特性试验,获取超湿黏土土壤的力学特性参数;依据某型号履带式农机底盘的具体结构参数,采用软件Recurdyn,结合土壤的力学特性参数,构建履带式农机底盘超湿黏土地面通过性仿真模型,分析履带式农机底盘以5 km/h的速度通过超湿黏土地面时挂钩牵引力的变化情况,以挂钩牵引力为评价通过性的指标,并进行实车验证。结果表明:在超湿黏土地面上作业时,履带式农机底盘挂钩的平均牵引力的仿真结果为20.000 kN,实车验证结果为17.923 kN,仿真结果与试验结果基本一致,仿真结果准确、合理。

基于SPH方法的汽车涉水仿真及部件强度优化

基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,对简化的汽车悬架模型进行涉水仿真。结果显示涉水池中整体流态与试验相匹配,且油箱护板受力区域与试验失效情况吻合。根据仿真情况提出部件优化方案,结果表明:优化方案能有效降低部件受力,增强局部结构强度,解决部件失效问题。

轻载荷条件下轻型车辆车轮牵引通过性模型的建立与验证

为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。

基于SAEJ1939协议的汽车驱动力控制CAN总线

基于SAE的J1939协议研究开发了包括发动机ECU、牵引力控制系统ECU、自动变速器ECU和电子油门ECU在内的汽车驱动力控制系统CAN总线。使用Vector公司的CANoe研究开发了数据库文件、节点行为的CAPL文件和控制面板。进行了总线的通讯性能研究和负载率分析。完成了以电子油门ECU为真实节点的半实物仿真。结果表明:开发的CAN总线可以完成多ECU间通讯功能并满足总线实时性要求。

软土条件下履带-地面相互作用分析

在履带行走机构的作用下,土壤压实通常会伴随着横向扰动并产生位移,所以履带与土壤相互作用时的影响区域是三维的,为了更加全面地剖析履带-地面相互作用,预测牵引力,应该从三维的角度分析履带-地面相互作用。首先应用Mckyes-Ali三维模型对挡板与土壤之间的相互作用进行分析,并讨论了挡板-地面相互作用与履带-地面相互作用的相似性。将三维模型应用到履带-地面作用分析中,引用相关试验数据,以挂钩牵引力为评价标准,验证了三维模型的实效性——与贝克模型进行对比,由三维模型得到的预测值更加接近实测值。三维模型的研究为履带-地面力学的进一步研究提供了借鉴,为从三维空间分析履带与地面之间的相互作用提供了理论基础和依据。