Slip Suppression of Electric Vehicles Using Sliding Mode Control Method

This paper presents a slip suppression controller using sliding mode control method for electric vehicles which aims to improve the control performance and the energy conservation by controlling the slip ratio of wheel. In this method, a robust sliding mode controller against the model uncertainties is designed to obtain the maximum driving force by suppressing the slip ratio. The numerical simulations for one wheel model under variations in mass of vehicle and road condition are performed and demonstrated to show the effectiveness of the proposed method.

轮毂式电动汽车电子差速复合控制方法

为实现轮毂式电动汽车在弯道的稳定转向,解决传统控制方法对汽车行驶速度的局限性,提出一种高-低速复合电子差速控制方法。当汽车处于低速行驶状态时,根据Ackermann转向模型获取驱动轮期望转速,提出一种模糊PID控制方法,实现轮速的稳定跟踪;当汽车处于高速行驶状态时,以驱动轮的相对滑移率作为反馈控制量,提出一种基于模糊逼近的滑移率优化控制方法,无需建立精确的系统状态空间模型,同时根据LQR理论保证了汽车驱动轮相对滑移率最小。Matlab/Carsim联合仿真证明,所提出的高-低速复合控制方法能够使汽车在不同行驶速度下实现稳定转向。

四驱电动汽车变附着路面行驶操稳性控制研究

针对四轮驱动电动汽车行驶时路面峰值附着系数和附着利用率变化的问题,提出利用直接横摆力矩控制提高操纵稳定性的控制策略。该策略采用分层控制,上层控制器负责目标车速的追踪、滑移率调整力矩的计算、以及根据行驶危险程度实现对质心侧偏角和横摆角速度的协调控制,下层控制器包括以轮胎利用率最优为目标的分配算法及集成滑移率控制的分配算法,根据滑移率大小实时切换。Carsim-Simulink联合仿真结果表明,在对开路面行驶时,相比于转矩平均分配控制策略,该控制策略能够使车辆具有良好操稳性的同时保持各车轮处于最佳滑移率区间内,有效改善了车辆性能。

在役斜拉索粘滞阻尼器力学性能与控制效果研究

针对在役斜拉索粘滞阻尼器长期服役后易产生液体泄漏的问题,采用性能试验和有限元法定量评估并分析液体泄漏对阻尼器力学性能和减振控制效果的影响。首先,采用性能试验的方法分析实桥液体泄漏粘滞阻尼器力学性能,研究滑移产生的机理;然后,引入缝隙单元并与粘壶单元串联,建立液体泄漏粘滞阻尼器力学模型,确定模型参数并通过试验验证;最后,基于该力学模型,采用数值模拟方法建立斜拉索-液体泄漏粘滞阻尼器的系统模型,分析液体泄漏对斜拉索附加模态阻尼比的影响。结果表明:液体泄漏导致粘滞阻尼器阻尼力滞回曲线出现明显的滑移现象;液体泄漏后粘滞阻尼器内部出现空隙,当活塞杆经过空隙时无法产生正常的阻尼力,导致阻尼力滞回曲线出现滑移平台,显著削弱了阻尼器的耗能能力;随着滑移量的增大,粘滞阻尼器能够实现的一阶附加模态阻尼比逐渐减少,降低了其对斜拉索的减振控制效果。

ABS系统多路况下液压制动性能研究

ABS制动系统是保障汽车安全性能的重要部分,针对制动系统在制动过程中的非线性和时变性等问题,进行了汽车ABS控制策略对比研究。对直线制动过程进行研究分析,基于AMESim建立了单轮的防抱死液压系统,利用Simulink建立单车轮动力学模型,并采用以滑移率误差及变化率为输入的模糊PID控制策略和以制动力矩变化率为输入的自寻优控制策略。两种控制策略分别在单一干路面、湿路面和制动后1.5 s湿路面突变成干路面多路况,以车速为90 km/h进行ABS制动仿真,将制动结果进行对比。结果表明,模糊PID与自寻优两种控制方法能在制动过程中防止车轮抱死,自寻优控制方法不仅制动时间更短,而且能更好应对路况突变,验证了自寻优控制具有更强的鲁棒性和更佳的制动效果。

车辆制动系统数学模型的研究

电动汽车因其节能环保的特性,正成为汽车工业未来的主要发展方向,也引发了各方对其进行深入研究的热情。电动汽车由于没有了发动机,故传统液压制动系统不能完全搬到电动汽车上,必须使用电子真空助力器(I-Booster)或者采用线控制动技术。考虑到现有研究多采用单轮车辆模型进行控制算法的简单验证,而单轮车辆仿真模型过于简单,而且还不能反映轴荷变化的影响。本文采用联合仿真分析,利用CarSim和Simulink软件,建立整车和控制器的仿真模型,并通过CarSim中的接口变量进行输入输出设置,从而实现两者的联合仿真。

汽车ABS模糊变结构控制设计

针对汽车制动过程中防抱死制动系统(ABS)存在的难以充分利用地面附着系数和高度非线性的问题,提出了一种基于路面识别的ABS模糊变结构控制策略。利用Burckhardt轮胎模型设计路面识别算法,并通过模糊变结构控制调节路面识别算法识别出的最优滑移率。仿真实验结果表明,路面识别算法响应速度快、准确率高;在跃变路面条件下,模糊变结构控制比变结构控制的制动时间减少7%,制动距离缩短6%,控制器输出的抖振幅度得到有效削弱.

混动履带式无人平台轨迹跟踪控制研究

为了提高履带式无人平台的轨迹跟踪性能,提出了一种考虑纵向速度规划的分层轨迹跟踪算法并进行了联合仿真验证和实车验证。在建立了包含履带的滑移滑转率和质心侧偏角的车辆运动微分方程的基础上,完成分层轨迹跟踪算法框架的构建。上层基于伪谱法的速度规划算法根据路面信息进行纵向速度规划,并将规划的速度作为目标车速下发给下层基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的轨迹跟踪算法。基于LTV-MPC的算法通过建立预测模型和约束条件,二次规划求解出两侧电机的目标转速。通过Matlab/Simulink和RecurDyn的联合仿真以及实车验证了所提出的算法在不同地面条件下具有良好的轨迹效果。

基于最佳滑移率的摩托车转弯制动系统设计

针对摩托车在转弯制动工况下容易发生侧翻的现象,设计一种摩托车转弯制动控制系统.首先,根据魔术公式建立摩托车轮胎模型,分析运动参数对轮胎纵向与侧向特性的影响,并选定滑移率作为控制系统的输入变量;然后基于轮胎特性,借助高斯函数与线性函数建立最佳滑移率决策模型,以车身侧倾角及其角速度为决策模型的输入,最佳滑移率为决策模型输出,并输入至模糊PID控制器以调整轮胎处于最佳滑移率;最后,借助BikeSim摩托车动力学模型,在Matlab/Simulink中搭建联合仿真平台,以验证所设计制动系统的可靠性.结果表明:相比于传统制动控制器,所设计的制动系统能根据车身侧倾角与角速度及时调整最佳滑移率,进而控制车辆动态,很好地兼顾了转弯制动过程中的制动性与稳定性,有效避免了纵向制动力过大造成的车辆失稳,从而提高了摩托车的安全性.

基于线性自抗扰控制的重型多轴特种车辆防抱死制动控制研究

针对重型多轴特种车辆车身长、惯性大、轴数多、用途特殊以及运输环境复杂多变等特点,制动过程中防抱死制动系统(anti-lock braking system,ABS)存在滑移率非线性、时变性和参数不确定性等问题,开展了基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的重型多轴特种车辆防抱死制动控制优化研究。首先,利用Matlab/Simulink建立了集成单轮动力学模型、滑移率模型、轮胎模型和制动器模型等被控制动系统模型,并设计了一种基于滑移率的ABS二阶LADRC控制器模型,在高附着系数路面以初速度为30 km/h进行了ABS仿真与试验验证,通过模糊PID控制和LADRC控制的ABS制动效果对比分析,验证了LADRC控制具有更佳的制动效果;然后,以某重型五轴特种车辆为例,利用Trucksim搭建了集成车身、轮胎、悬架、转向、动力传动和制动等重型多轴特种车辆整车动力学系统模型;最后,某重型五轴特种车辆在高、中、低附着系数路面,以初速度60 km/h进行了的ABS联合仿真,验证了LADRC控制在ABS应用上的可行性和优越性。

后轮驱动大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法

针对后轮驱动大功率拖拉机犁耕作业工况,提出了大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法。基于Freescale MC9S12XS128型微处理器开发了联合控制器硬件系统;采用PID（proportion integral derivative）控制算法,制定了牵引力PID控制和滑转率开关控制的联合控制策略,基于模块化设计开发了联合控制软件系统;进行了牵引力控制、牵引力与滑转率联合控制的田间实车对比试验,分析了2种不同控制方法下滑转率、牵引力和耕深的控制效果,验证了联合控制系统的性能。试验结果表明：当设定滑转率阀值区间0.1～0.2,牵引力阀值6 000 N时,联合控制下的实际耕深平均误差为1.45 cm,均方根误差为2.79 cm;实际牵引力平均误差为270.73 N,均方根误差为366.23 N;滑转率采样时间50 s,阀值区间以内43.78 s,有效控制时间范围为88%。与单独的牵引力控制相比,实际耕深、牵引力的平均误差和均方根误差均明显减小,实际滑转率的控制效率有较大提高。结果表明,该文提出的大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法,可以实现牵引力和滑转率的双目标联合控制,能够满足实际生产的农艺要求。

基于制动系统的汽车车轮滑移率控制研究现状

在分析了轮胎滑移率控制在汽车动力学控制中的作用,指出了被控车辆的非线性和时变性及其制动系统的非连续性和滞后是造成滑移率控制困难的主要原因的基础上,从制动系统、控制方法和研究手段3个方面概述了基于制动系统的轮胎滑移率控制研究现状,并提出了未来滑移率控制研究的主要方向。

电动汽车运动学建模与模糊控制

电动汽车的总体驱动效率是电动汽车研究的一个重要问题。通过对电动汽车进行整车运动学建模,分析比较了前轮驱动和后轮驱动、单电机和双电机轮边驱动四种情况下的整车驱动效率,提出了一种通过对双电机驱动力矩进行模糊控制的方法,应用该控制方法可以使整车驱动在转向控制时的效率有较大提高。

车辆转向制动防抱死系统仿真研究

转向制动是车辆经常遇到的工况之一。本文提出了汽车转向制动时防抱死制动系统（ＡＢＳ）基于优化目标滑移率模糊控制的策略。该策略根据路面附着条件以及车辆所处的运动状态实时计算出车轮优化目标滑移率，作为防抱死制动系统的控制目标，并利用模糊推理理论进行了ＡＢＳ模糊控制器设计。在此基础上结合８自由度非线性车辆系统模型，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对装有ＡＢＳ的车辆转向制动过程进行模拟试验。结果表明基于优化目标滑移率ＡＢＳ模糊控制策略优于传统固定目标滑移率控制策略，它有效地提高了车辆转向制动性能，同时也保证了横向稳定性，实现了车辆的制动性能、可控性及横向稳定性最佳协调，同时且具有较强的鲁棒性。

四轮驱动汽车牵引力控制系统控制策略

针对四轮驱动汽车整车动力性和横向稳定性的问题,提出新的目标滑转率计算和修正方法的牵引力控制系统综合控制策略。首先,建立车辆系统各主要部件的数学模型;然后,针对不同工况,利用模糊PID控制技术建立以发动机节气门开度控制、轴间扭矩分配控制和驱动轮制动控制为一体的牵引力控制系统综合控制策略;在车轮目标滑转率的选取方面,提出了最优纵向滑转率查表法,并根据车速以及轮胎侧偏角的大小对目标滑转率进行实时修正;最后,在典型工况下使用MATLAB/Simulink对四轮驱动汽车牵引力控制系统进行离线仿真研究。结果表明:本文所提出的牵引力控制系统控制策略能有效地抑制驱动轮的过度滑转,充分利用路面附着条件,提高汽车纵向驱动稳定性。

前驱电动汽车防抱死制动中滑移率控制的动态负载模拟

本文中旨在研究在试验室台架上准确模拟电动汽车防抱死制动过程电制动系统的动态机械负载,实现滑移率控制策略的台架测试。针对某一前轴驱动式电动汽车,在MATLAB/Simulink平台上建立了考虑传动系半轴特性的整车动力学模型和台架模型,选取了一种电机与液压制动力共同完成滑移率调节的控制策略作为测试对象。在此基础上提出了两种动态负载模拟方法,即前馈法和逆模型法,进行了不同路面滑移率控制效果台架测试的仿真,并与负载模拟PI法进行了对比。结果表明,前馈法和逆模型法的滑移率模拟误差大幅减小,提升了防抱死制动的台架测试精度,使滑移率控制效果能得到正确评价。

轮毂驱动电动汽车差动助力转向变论域模糊PID控制

为改善轮毂驱动电动汽车的转向轻便性,提出了一种基于变论域模糊比例-积分-微分(PID)的差动助力转向控制方法。建立转向系统模型和理想助力特性模型,获得车辆转向行驶过程中的理想方向盘力矩;根据方向盘力矩偏差和偏差变化率的大小,调整PID的3个控制参数,实现4个车轮的转矩分配控制;利用PID对车轮的滑移率进行控制,以避免车轮过度滑转;基于CarSim和MATLAB/Simulink软件的数字仿真进行了控制性能分析。结果表明:变论域模糊PID控制下车辆转向轻便性改善43.5%,横摆角速度误差均方根值为0.212rad/s;该方法能提高方向盘力矩跟踪理想力矩的精度,且有效地实现了车轮滑移率控制。

双电机后轮驱动混合动力汽车电子差速控制的研究

针对双电机后轮驱动混合动力汽车电子差速的控制问题,考虑车辆转向时轴荷转移、向心力和轮胎侧偏角的影响,以车轮的滑移率为控制目标,提出了基于门限值控制的电子差速控制策略,并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真。结果表明,该电子差速控制系统可在车辆直线行驶和转弯时将滑移率控制在最佳范围内,使车辆能按照预定方向稳定行驶。

基于滑移率的汽车电子机械制动系统的模糊控制

电子机械制动系统在具有动力性能好、制动反应快、制动更加精确等优点的同时,也存在着传感器较多、控制复杂、故障风险高的问题。针对该问题,依据电子机械制动系统控制的核心——电动机的控制,以及车辆制动时的重要控制目标之一——实现汽车最佳滑移率,提出基于滑移率的电子机械制动系统的模糊控制策略。该策略不需要制动夹紧力传感器的反馈信号,在制动间隙消除阶段,通过检测电动机电流突变,判断电动机是否堵转。在制动间隙消除后,将得到的滑移率送入模糊控制器,产生脉冲宽度调制信号,控制电动机电磁转矩,得到最佳滑移率,使地面与车轮之间的附着力维持在最大值附近。整个制动过程中不再考虑对制动器执行机构夹紧力的精确控制,将控制器、电动机、执行器组成一个闭环系统。在Simulink中搭建的仿真平台证明了基于滑移率的电子机械制动系统的模糊控制策略具有良好的可行性,为进一步研究打下基础。

多轮独立电驱动车辆转向稳定性集成控制研究

为提高多轮独立电驱动车辆转向稳定性,提出一种以直接横摆力矩控制为核心的集成控制方法,分别设计直接横摆力矩上层目标跟踪控制器和下层转矩协调控制器,并对下层控制器进行多层次优化设计。采用转矩预分配、最优滑转率控制分配和补偿分配相结合的多层次分配结构,实现系统层面和单个驱动轮转矩的优化分配控制,最大限度减小横摆力矩执行误差。基于某型8轮独立电驱动试验样车,进行低附着路面和良好路面双移线行驶试验。试验结果表明:设计的集成控制器有效提高了车辆转向的稳定性,能实现对期望转向轨迹的良好跟踪。