Research and Development of Engine-Generator Set Control System for Tracked Vehicle Electric Transmission System

As an energy generating equipment, the engine-generator set supplies power to the electric transmission. Therefore, its control is one of the key technologies of electric vehicles. Based on the discussion about the demands to the engine-generator set in tracked vehicles, the detailed function of engine-generator and the control strategy are determined. The hardware and software of the control system are also developed and tested in a prototype vehicle. The experiment results show that the control system has good reliability and can satisfy the power requirements of vehicles under all operating conditions.

Analysis on Thermal Current Field in Powertrain Cabin of Tracked Vehicles With Electric Transmission System Configuration-2

The electric transmission system congfiguration-2 is one of the main electric drives for tracked vehicles. The geometrical model for the power-train cabin is established and the preliminary design for its cooling system is implemented. The mathematic model is established for thermal current field computation, simulation and analysis in the powertrain cabin. The three-dimensional structure of the powertrain cabin is optimized. The validity of the cooling system design is proved. The foundation for optimizing the whole electric transmission system configuration is laid.

Analysis and Comparison of Electric Drive System Projects of Military Tracked Vehicles

The electric drive system characteristics of different projects for tracked vehicles are analyzed.For the two most typical projects,the parameters of power,torque and rotating speed and others of drive motor are figured out under the condition of satisfying adequate steering performance of the tracked vehicles.General opinions on the two projects are brought forward and conclusions are drawn.

Structural Analysis and Improved Design of the Gearbox Casing of a Certain Type of Tracked Vehicle

Loads on a gearbox casing of a certain type of tracked vehicle were calculated according to the engine＇s full load characteristic curve and the worst load condition where the gearbox operated while the tracked vehicle was running, and then stiffness and strength of the casing were analyzed by means of Patran/Nastran software. After a- nalysis, it was found that the casing satisfied the Mises ＇ yield condition; however, the stress distribution was hetero- geneous, and stresses near the bearing saddle bores of the casing were higher while those in other regions were much less than the allowable stress. For this reason, thicknesses of the casing wall on bearing assembling holes needed in- creasing, while those in other places can decrease. After much structural improving and re-analysis, the optimal casing design was found, and its weight decreased by 5% ; the casing still satisfied the Mises yield criterion and the stress distribution was more homogeneous.

智能汽车轨迹跟踪多目标显式模型预测控制

针对现有智能汽车轨迹跟踪控制算法难以同时保证跟踪精确性、横向稳定性、舒适性以及控制实时性的问题,提出了一种基于多目标优化和显式模型预测控制理论的轨迹跟踪控制策略(MO-EMPC)。首先,建立考虑跟踪精确性、横向稳定性、舒适性的多目标函数及约束。然后,针对传统MPC控制实时性低的问题,设计基于EMPC的多目标优化轨迹跟踪控制器,通过引入多参数二次规划(MPQP)理论,将反复在线优化求解过程转化为等价的分段仿射系统(PPWA),离线计算得到最优显式控制律以供实时控制调用,减少在线运算时间。最后,基于CarSim/Simlink联合仿真方法,将所设计控制器的轨迹跟踪多目标优化效果与MPC控制效果进行对比验证。研究结果表明,所提出的轨迹跟踪策略在保证良好的跟踪精度前提下,横向稳定性、舒适性方面的表现更优于MPC控制器,且算法在线运行速度提高56.63%。

一种组合动力飞行器模态转换过程轨迹优化与控制方案

为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足平飞加速需求的推力陷阱问题。结合轨迹线性化控制方法,完成了宽速域飞行器/发动机一体化轨迹跟踪控制设计,利用迎角、油门等变量的协同调节实现轨迹跟踪控制。仿真结果表明,轨迹优化策略能够在一定程度上克服模态转换过程中的推力不足问题,一体化轨迹线性化控制方法可以有效实现爬升轨迹跟踪,避免模态转换过程对组合动力飞行器飞行任务造成的不利影响。

差动转向无人车轨迹跟踪和车身姿态控制研究

针对分布式驱动无人车转向时车身在离心力作用下外倾,引起内侧车轮载荷减小,严重时会导致差动转向失效乃至车辆侧翻等问题,提出了一种差动转向无人车的轨迹跟踪和车身姿态控制方法;该控制方法可通过差动转向实现无人车轨迹跟踪,同时通过主动悬架实现转向时车身主动内倾来保证差动转向有效性,提高了无人车的操纵稳定性。建立考虑侧倾因素的车辆模型及参考模型,通过分数阶单点预瞄驾驶员模型得到了参考模型跟踪期望路径所需的参考前轮转角;基于此,设计了H_(∞)鲁棒控制器,通过控制差动转向无人车的横摆角速度和车身内倾角,分别跟踪参考模型提供的参考值,得到了所需的差动力矩及左右侧主动悬架控制力。研究结果表明:所设计的分数阶单点预瞄驾驶员模型和H_(∞)鲁棒控制器能有效保证差动转向无人车实现轨迹跟踪,同时实现了车身姿态控制。

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。

车载用户界面功能卡片位置和展开方式对搜索和操作绩效的影响研究

目的针对车载交互界面,探索更符合驾驶人查看和操作的功能卡片摆放位置及展开方式。方法实验采用2(功能卡片位置:卡片在左侧/卡片在下方)×2(展开方式:窗口展开/全屏展开)的被试者内实验设计,运用眼动仪对16名被试采集相关眼动追踪数据,因变量为任务完成时间、平均注视持续时间、点击次数、注视次数、总注视时间。结果发现功能卡片位置、功能卡片位置和展开方式的交互作用对驾驶人视觉搜索和操作行为均无显著影响,但展开方式则对驾驶人视觉搜索和操作行为的完成时间有显著影响(方案一和方案二:P<0.001^(***),方案三和方案四:P<0.005^(***)),全屏展开方式能够显著降低任务完成时间。结论研究结果表明,车载交互界面中的功能卡片为全屏展开时,能显著地提高用户搜索和操作效率,从而最大限度地减少认知负荷避免分心,该研究结果能够为车载交互界面设计提供参考。

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035 mm减小到1次加载小于10^(-6)mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小。本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑。

基于MPC的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

文中提出了一种基于模型预测控制的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法。首先,建立了由车辆轨迹跟踪侧向偏差、横摆角偏差与车辆质心侧偏角、横摆角速度构成的自动驾驶汽车轨迹跟踪误差状态空间方程;其次,构建了考虑轨迹跟踪精度和前轮转角变化率的目标函数;然后,设计了包括汽车前轮转角极限值与前轮转角变化率的汽车转向系统执行机构物理约束条件,并采用二次规划方法求解实现轨迹跟踪控制的前轮转角;并进行变质量和变侧偏刚度鲁棒性验证。最后,通过仿真试验、硬件在环试验与实车测试对文中提出轨迹跟踪控制算法进行验证。仿真测试结果表明,相比于LQR轨迹跟踪控制器,文中提出的MPC轨迹跟踪控制器的峰值横向误差7.4%,并且对于质心侧偏角的控制效果更好。硬件在环试验结果表明,在高速高附着工况下文中所提方法具有良好的轨迹跟踪精度和车辆稳定性。实车测试结果表明文中所提方法能够在低速工况下实现单移线、双移线的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制。

履带车辆液压悬架抗俯仰互联模式研究

针对独立悬架式履带车辆在俯仰工况下减振性能较差的问题,提出利用油管将车身同侧不同轴的减振器进行互联的方案。首先,提出俯仰工况下的3种互联模式,模式1、模式2、模式3分别为第1及第2轴减振器互联、第1及第6轴减振器互联、第2及第6轴减振器互联;其次,建立1/2履带车辆减振器机-液-热模型;然后,根据谐波叠加法利用MATLAB和RecurDyn编译E级路面模型;最后,利用AMESim和RecurDyn搭建液压互联悬架模型和整车动力学模型的机-液-热联合仿真平台,与装有独立悬架的履带车辆进行E级路面下的抗俯仰性能进行对比分析。仿真结果表明,安装3种模式的液压互联悬架履带车辆降低了车身俯仰角均方根值,降幅分别为3.97%、5.96%、3.53%,模式2的车身俯仰角最大值相较于独立悬架降低了0.010 4 rad,降幅为14.11%,抗俯仰性能最优。

GCY-450型轨道工程车停放制动失效分析及预防措施

针对GCY-450型轨道工程车停放制动时出现的溜逸问题,在介绍停放制动和单元制动器的工作原理基础上,从换向阀故障、减压阀压力值偏低等方面,分析轨道工程车停放制动失效原因,确定是由于减压阀压力值低于标准值导致停放制动失效。针对失效原因,提出在维护保养中增加减压阀压力值检查,以及定期校验压力开关、减压阀和压力表等预防措施。

基于ArcGISEngine的高速公路车辆轨迹查询与回放系统的设计

针对高速公路全程监控系统中车辆流水数据的多源异构特点,提出了采用同步复制技术将各监控子系统的车辆流水数据汇总至监控中心,利用数据同步复制技术形成车辆完整轨迹数据库.采用C#开发语言,结合ArcGIS Engine技术,开发出基于VS 2012平台的车辆轨迹查询与回放系统,实现了实时查询车辆的行车路线,并在地图上动态回放各个时段的车辆运行轨迹.经实际项目测试验证了该系统在交通管理中有很好的实用性.

Adaptive coordinated control of engine speed and battery charging voltage

In this paper, the control problem of auxiliary power unit （APU） for hybrid electric vehicles is investigated. An adaptive controller is provided to achieve the coordinated control between the engine speed and the battery charging voltage. The proposed adaptive coordinated control laws for the throttle angle of the engine and the voltage of the power-converter can guarantee not only the asymptotic tracking performance of the engine speed and the regulation of the battery charging voltage, but also the robust stability of the closed loop system under external load changes. Simulation results are given to verify the performance of the proposed adaptive controller.

融合稳定性的分布式驱动电动汽车路径跟踪控制策略研究

提出了一种融合车辆稳定性的路径跟踪控制策略,以提高分布式驱动电动汽车在高速、低附着等危险行驶工况下的路径跟踪精度和车辆稳定性,该控制策略包括路径跟踪控制层、稳定性控制器决策层、驱动轮转矩分配层。针对LQR路径跟踪控制器在高速大曲率工况下跟踪精度不足的问题,采用闭环PID矫正驾驶员模型补偿车辆前轮转角,并设计稳定性控制器用以跟踪车辆理想参考模型,基于模型预测控制算法决策出附加横摆力矩,同时以轮胎负荷率最小为目标优化车轮驱动转矩分配。利用自主开发的分布式驱动电动试验车分别在高速高附着和高速低附着双移线工况进行试验。结果表明:相对于只运用闭环PID矫正的LQR路径跟踪控制器进行路径跟踪,车辆在干燥的混凝土路面以90 km/h速度行驶时,融合车辆稳定性的路径跟踪精度的横向均方根误差降低了29.7%;车辆在潮湿沥青路面以70 km/h速度行驶时,均方根误差降低了10.3%。所提控制策略能够提高车辆的路径跟踪精度,满足车辆在危险行驶工况下的横摆稳定性。

基于横纵向综合控制的智能汽车路径跟踪

针对智能汽车路径跟踪精度不高、稳定性不足的问题,提出一种基于横纵向综合控制的解决方法。该方法在横向控制时,根据模型预测控制器求得最优前轮转向角;纵向控制时,根据加减速控制策略使汽车跟踪期望车速;此外,将横纵向控制耦合起来形成横纵向综合控制。联合使用CarSim和MATLAB/Simulink对综合控制方法进行了仿真试验。计算结果表明:该控制器能够稳定跟踪期望速度,又能够提高路径跟踪精度、行驶稳定性。

考虑参数摄动的智能汽车动态侧向避障鲁棒控制策略

汽车加速度和速度因交通环境障碍物实时动态变化,智能汽车避障实时参考轨迹不光滑变化;参数摄动,车速实时变化和采集信号干扰,将造成智能汽车动态侧向避障精准控制困难。为此,提出考虑参数摄动的智能汽车动态侧向避障鲁棒控制策略。该控制策略分为动态轨迹规划层和动态轨迹跟踪层;动态轨迹规划层依据障碍物汽车加速度和速度动态变化,采用基于避障极限位置的动态轨迹规划算法,以规划能够保证智能汽车侧向安全避障的实时参考轨迹;动态轨迹跟踪层设计了考虑了质量、转动惯量和前后侧偏刚度参数摄动的鲁棒控制器,以实现实时动态参考轨迹精准跟踪。最后,利用Matlab/Simulink和Trucksim软件联合仿真,进行所提控制策略仿真验证。仿真结果表明:动态轨迹规划层能够依据障碍物汽车加速度和速度实时变化,实时规划了安全侧向避障动态参考轨迹;轨迹跟踪层克服了质量、转动惯量、前后侧偏刚度参数摄动,以及实时参考轨迹不光滑动态变化,平滑良好地跟踪了侧向避障实时参考轨迹。因此,所提控制策略实现了智能汽车安全动态侧向避障,同时确保了避障过程汽车横摆稳定性。

超高速公路虚拟轨道模型的构建与验证研究

为提高超高速公路行驶安全性,用建立数学模型的方法研究了超高速公路虚拟轨道系统。该系统由信息采集子系统、信息处理子系统和信息反馈子系统组成。通过理论分析与信息采集子系统得到的数据,建立了直线路段和曲线路段上虚拟轨道偏离计算模型。利用计算模型得到了直线路段车辆偏离虚拟轨道安全范围时的预警信号值;曲线路段汽车驶离虚拟轨道安全范围所需时间及距离数据判断值。研究结果表明:当汽车行驶在超高速公路直线路段上时,理论距离与传感器检测距离的平方之差的绝对值小于1.85、2.78、3.70 m2时,就可保证车辆偏离中心线的距离分别小于0.50、0.75、1.00 m。当汽车行驶在曲线路段上时,汽车驶离虚拟轨道安全范围所需时间与行车速度、虚拟轨道安全范围以及曲线半径有关;偏离虚拟轨道的阈值分别取0.50、0.75、1.00 m,预警信号值为2、3、4 m时,可保证车辆不会驶离虚拟轨道安全阈值范围。因此,超高速公路虚拟轨道系统可将车辆限制在虚拟轨道安全范围内行驶,保证超高速公路行车的安全性。

基于快速非奇异终端滑模的隧道工程车辆轨迹跟踪研究

针对工程车辆轨迹跟踪控制方法中存在的跟踪精度低、响应速度慢、易抖动等问题,提出了一种鲁棒的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,建立工程车辆的运动学模型和位姿误差模型。考虑到传统终端滑模存在的奇异性问题,设计了积分型非奇异快速终端滑膜控制器,使系统误差在快速收敛的同时抑制了控制器的抖振。其次考虑到传统趋近律趋近速度慢等问题,基于反步法分别设计了线速度和角速度控制律,并选用fal函数和反双曲正弦函数组合来设计趋近律,提高了系统的稳定性和趋近速度并且削弱了滑模控制的抖振。最后在Matlab软件中和传统的非奇异终端滑模控制器控制效果进行对比实验仿真。实验结果表明,与传统的非奇异终端滑模控制器相比,本文提出的非奇异快速终端滑模控制策略在跟踪精度和不同运动的鲁棒性方面具有明显的优势。