智能车辆的轨迹跟踪与行驶稳定性控制研究

为了提高无人车辆在不同工况下的轨迹跟踪效果和行驶安全性,提出了一种轨迹跟踪与横摆稳定性集成控制策略。根据车辆轨迹跟踪模型,基于曲率前馈控制得到前馈前轮转角,首先,依据横向和航向偏差联立滑模控制理论设计反馈控制器;然后,前馈与反馈结合得到车辆轨迹跟踪控制器,以横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差联立非奇异滑模理论设计上层横摆力矩控制器,基于轮胎纵向力利用率之和最小设计了二次规划下层力矩分配控制器;最后,通过CarSim和Simulink联合仿真进行低速冰雪和高速干沥青2种路面工况下的仿真验证。仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪与横摆稳定性集成控制策略有良好的轨迹跟踪能力,提高了车辆的行驶安全性,减小轮胎的磨损。

基于ZMP控制器的仿真机器人偏摆力矩控制设计

针对仿真机器人步行过程中存在的机器人关节角加速度约束影响问题,设计了一种基于零力矩点(ZMP)控制器的仿真机器人偏摆力矩控制方法。选用HPR-2机器人和BRZ机器人开展偏摆力矩控制试验测试分析研究结果表明:相比较HPR-2机器人,BRZ机器人具有较大质量并且受到电机物理结构的约束,设计ZMP控制可以有效防止发生削峰现象。相比较未设计ZMP控制,设计ZMP控制的方法2偏摆力矩更低,可以更有效地控制在安全范围中,充分消除偏摆力矩造成的影响。该研究能够提高仿真机器人运行稳定性,表现出优异的控制性能以及实际应用价值。

全方位偏摆关节机构运动分析及仿真

介绍了一种能够实现全方位偏摆运动的关节机构。分析了机构的结构特点和传动特性,基于欧拉定理利用方向余弦法建立了机构的运动学模型,并用Matlab和ADAMS进行了仿真。

香港地区雷电风速联合分布

雷电数据的统计分布是指导输电线路防雷设计的重要基础。输电线路设计规程中杆塔雷电过电压下风偏设计为经验参数,缺乏对雷电风速联合分布的深入研究。利用香港地区气象数据,研究雷电风速联合分布。分析表明雷电在时域上呈高度不均匀分布,日地闪数量服从Burr分布,而雷电与风速服从Gumbel-Copula联合分布。经验分布和理论分布中,日地闪次数超1000次且风速接近和超设计风速雷暴日的地闪数占比均在20%左右。结合气象学背景的分析表明,飑线等强对流天气下并发的雷暴大风是造成强雷暴时超设计风速概率畸高的根本原因。

电动汽车直接横摆力矩与驱动防滑集成控制策略研究

针对四轮独立驱动电动汽车驱动工况下的横摆稳定性控制,提出一种直接横摆力矩(DYC)与驱动防滑(ASR)集成控制策略,基于模糊PID控制理论,采用前馈加反馈方法,分别对总纵向力矩和单个车轮力矩进行修正,实现驱动防滑,基于最优控制理论对驱动力矩进行分配,采用PID控制理论结合转向状态对制动力矩进行分配。仿真结果表明,本文提出的控制策略可将滑转率偏差控制在0.02以内,与载荷分配相比,横摆角速度和质心侧偏角控制效果分别提高了80%和50%。

车辆AFS模糊神经网络系统稳定性控制研究

针对车辆主动前轮转向系统(AFS)日趋先进的稳定性控制需求,研究了基于相对模糊控制具有更强自适应性与鲁棒性的模糊神经网络理论控制方法,采用附加前轮转角闭环控制策略,设计了自适应模糊神经网络控制器。并且针对目前车辆AFS稳定性控制研究缺少同时考虑AFS变传动比功能的问题,设计了固定横摆角速度增益下的变传动比规律。在Matlab/Simulink与Carsim搭建的主动前轮转向车辆模型上,采用典型与复杂两种工况对控制方法进行验证。结果表明:基于模糊神经网络控制的AFS控制方法相对模糊控制、无控制可以在车辆转向行驶时更好地提高车辆操纵稳定性,且对复杂工况有很好的鲁棒性。

基于直接横摆力矩控制的FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制策略

针对双电机驱动FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制问题,提出了基于直接横摆力矩控制的操纵稳定性控制策略。采用扩展卡尔曼滤波对实际质心侧偏角进行估计,分别设计了基于PID控制、基于模糊逻辑控制以及基于PID模糊逻辑联合控制的附加横摆力矩控制器;并在方向盘转角阶跃工况以及双移线工况下,基于Matlab/Simulink平台进行了仿真对比。利用A&D5435半实物仿真平台和Matlab/Simulink代码自动生成技术,搭建了FSAE纯电动赛车硬件在环试验平台,并进行了双移线工况的实车试验验证。结果表明:文中提出的PID模糊逻辑联合控制策略相比于无控制和PID控制横摆角速度的稳态值和极值最多分别减小12. 17%和43. 87%,质心侧偏角的稳态和值极值最多分别减小8. 4%和68. 53%,并且收敛速度变快,提高了车辆的操纵稳定性。

基于多维极值分布的风雨荷载下输电线路风偏放电概率分析

大风天气下通常伴随着降雨,强风雨荷载的冲击会对输电线路可靠性产生不利影响,导致风偏放电事故,对电力企业及用户侧造成重大损失。提出一种基于风速、风向和雨强三维联合分布模型的输电线路风偏放电概率预测模型。首先,以极值风速、极值雨强及其风向角为变量刻画风速、雨强、风向的分布特性,然后,考虑风速、雨强、风向的概率相关性,采用Archimedean Copulas函数建立多维联合概率分布,以此为基础得到输电线路风偏放电的实时概率预测模型。最后,通过Matlab编程实现该预测模型,并通过实例数据验证该输电线路风偏放电概率预测模型的合理性和有效性。

快捷货车抗蛇行减振器性能参数对动力学性能影响分析

基于车辆系统动力学理论,建立160 km/h快捷货车动力学模型,仿真分析了抗蛇行减振器的节点刚度、阻尼系数和卸荷速度对快捷货车动力学性能的影响。研究结果表明,适当增大减振器的阻尼系数可显著提高快捷货车的临界速度,并改善快捷货车的横向平稳性;随着减振器节点刚度的增加,快捷货车的临界速度先增大后减小,在节点刚度约为12 MN/m时,临界速度达到最大值;快捷货车的临界速度随减振器卸荷速度的增加而降低;抗蛇行减振器性能参数对轮轨相互作用的影响是有限的。

考虑关节角加速度约束的仿人机器人偏摆力矩控制方法

针对仿人机器人步行过程中存在的机器人关节角加速度约束影响控制性能的问题,提出一种考虑关节角加速度约束的仿人机器人偏摆力矩控制方法.该方法充分考虑了双臂在摆动过程中对偏摆力矩的影响,根据力矩平衡条件得到需要抵消的偏摆力矩的大小与方向,将偏摆力矩的控制问题转化为带约束条件的二次规划问题,并设计了一种在线变步长迭代算法计算得到优化后的双臂摆动轨迹.实验表明,该方法能有效抵消机器人步行中产生的偏摆力矩,避免控制过程中的"削峰"现象,有效提高机器人的步行稳定性.

面向车辆运行平稳性的抗蛇行减振器结构参数优化

随着列车速度的提高,轮轨的耦合振动状态发生变化,从而对抗蛇行减振器的工作状态产生影响,对其设计提出了新的要求。通过对抗蛇行减振器结构和工作原理的分析,基于Simulink软件建立减振器液压数值模型,讨论抗蛇行减振器不同结构参数对其动态特性影响;将减振器液压数值模型与车辆动力学模型结合,组成联合仿真模型;通过联合仿真计算,优化抗蛇行减振器结构参数。结果表明抗蛇行减振器通流孔径、卸荷孔径分别对减振器的动态特性曲线工作段和卸荷段有较大影响;而活塞杆直径则影响减振器的拉伸、压缩特性;通过调整抗蛇行减振器的结构参数,车辆横向、垂向平稳性指标变化显著,合理选择抗蛇行减振器结构参数可以提高车辆运行的平稳性和安全性。

乘用车横向稳定性控制联合仿真

采用上、下两层控制器进行乘用车的横向稳定性控制,上层控制器以理想的横摆角速度与质心侧偏角为控制目标,利用PID控制策略得出车辆稳定所需的横摆力矩。下层控制器采用模糊控制策略得出控制阀值,根据阀值进行控制决策,最后采用单轮和单侧车轮两种控制方式进行制动力分配。基于搭建的CarSim与Matlab/Simulink联合仿真环境,选取典型试验工况进行仿真分析。仿真结果表明,算法可以有效改善恶劣条件下乘用车的横向稳定性。

汽车ESP系统的CarMaker/Simulink建模与仿真

为提高车辆电子稳定程序的控制精度,通过分层模块化思想,提出以横摆角速度和质心侧偏角为输入量的ESP控制系统算法,最终输出稳定制动力矩提高车辆的操纵稳定性。为保证控制系统的准确性,采用CarMaker和Simulink联合建立虚拟仿真环境,并在ISO3888-2(2002)急促双移线试验工况下进行验证。结果表明:试验较好地验证了ESP系统算法的有效性;当横摆角速度和质心侧偏角的偏差值超过规定范围时,控制系统能准确实施制动干预,保证了车辆能准确跟踪驾驶员的期望路线。

基于预测-模糊联合控制的分布式驱动车辆路径跟踪方法

为研究分布式驱动车辆路径跟踪中的跟踪精度和稳定性的问题,提出了模型预测-模糊(MPC-Fuzzy)的联合控策略,缓解了单一模型预测控制下车辆跟踪精度与控制器计算压力间的冲突。采用模型预测控制设计了上层路径跟踪控制器,旨在利用模型预测"滚动优化"的优点,在降低跟踪误差的同时,保证车辆的稳定性。下层采用模糊控制,将转向过度和转向不足量化为"方向偏差"和"位置偏差",利用四轮转矩独立控制的优点进一步优化转矩输出,旨在降低模型预测控制器对参考模型线性化后带来的跟踪误差。为验证控制策略的可靠性,基于Carsim、Simulink和Driving Scenario搭建联合仿真模型,将联合控制器和单运动学模型预测控制器进行对比研究。仿真结果表明:联合控制器可在完成对给定路径跟踪的基础上,减少转向不足和转向过度的发生,降低方向误差和位置误差。

汽车操纵稳定性动力学仿真

汽车在高速或低附着系数路面上转向行驶或受到侧向干扰时,轮胎与地面的侧向附着系数很容易达到附着极限而发生侧滑,从而丧失操纵稳定性。汽车动力学稳定控制系统正是工作于此种工况,通过对车轮主动实施制动,来提高汽车的操纵稳定性。采用ADAMS/Car和MAT-LAB/Simulink联合仿真方法,对PID控制的整车模型的操纵稳定性进行了联合仿真。通过仿真发现,使用PID控制横摆角速度的VDC系统确实能有效地改善汽车的操纵稳定性,不仅可以保证转向时的稳定性,同时转向灵活性也得到了提高。

分布式驱动电动车行驶稳定性控制建模与仿真

针对分布式驱动电动车的行驶稳定性控制问题,利用CarSim和MATLAB/Simulnk软件建立模型并搭建联合仿真平台。设计稳定性控制算法,包括横摆力矩控制、转矩协调控制和驱动防滑控制。以车辆横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量,运用滑模变结构控制方法,设计横摆力矩控制器。通过转矩分配算法,对单个车轮施加驱动或制动力,产生稳定横摆力矩,并建立模糊控制器对车轮滑转率进行控制。在仿真平台完成了双移线工况的仿真,结果表明,该算法能提高车辆行驶稳定性。

多轴电驱动车辆横摆稳定性控制仿真研究

随着近年来对行车安全要求的提高,车辆的安全性研究也成为当前车辆研究中重要的一部分,对用于运载、发射等重型车辆尤其如此。对车辆横摆稳定性的控制是一种主动安全控制的手段,能够有效地保障汽车行驶过程中的侧向稳定性。因此对横摆稳定性控制方法的研究显得尤为重要。针对各轮独立电驱动多轴重型发射车辆的结构特点,建立了二自由度数学模型,利用其各电动轮独立可控的优点,对基于直接横摆力矩控制(Direct Yaw-moment Control,DYC)理论的横摆稳定性控制策略进行了研究和分析。并利用联合仿真,从响应速度、精确性等方面,验证了横摆稳定性控制系统的可行性。仿真结果表明该车辆稳定性控制系统可以使车辆横摆角速度和质心侧偏角得到有效控制,从而提高其稳定性。

基于NFTSM的吊舱推进器与减摇鳍联合减摇控制

以同时装备吊舱推进器和减摇鳍船舶为研究对象,进行横摇/航向联合控制的研究。首先建立吊舱推进船舶四自由度(纵荡、横荡、横摇和艏摇)运动非线性数学模型,并进行仿真试验验证模型的准确性。其次针对船舶运动系统具有非线性、强耦合、多变量的特点,设计基于非奇异快速终端滑模(NFTSM)的POD船舶横摇/航向联合控制器;并且针对海浪干扰、模型参数不确定且上界未知的情况,设计自适应律对不确定项进行估计。最后通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性。不同海况下的仿真结果表明,设计的控制器在保证航向控制精度的同时取得了良好的减摇效果,且鲁棒性较强。

基于模糊PID的车辆横向稳定系统研究

通过分层控制思路搭建上层与下层控制器,设计基于横摆力矩控制的车轮横向稳定性控制算法。上层控制器以期望的横摆角速度和质心侧偏角为目标,采用模糊PID算法得到维持汽车稳定需要的横摆力矩,下层控制器根据需要的横摆力矩对单侧轮胎制动,从而增加乘用车极限工况下的稳定性。最后,搭建Matlab及Simulink仿真平台,利用CarSim软件对横向稳定策略进行验证,并选择典型试验工况仿真确定该策略能显著改善车辆的横向稳定性。

基于联合仿真的汽车横摆稳定性控制系统研究

为了提高汽车在极限行驶工况下的操纵稳定性和安全性,基于CarSim,建立了非线性汽车整车仿真模型,设计了汽车横摆稳定性控制系统。该控制系统采用分层控制方式,分为顶层横摆力矩控制器、中间层制动力分配器和底层车轮滑移率调节器三个部分。顶层横摆力矩控制器决策出附加横摆力矩,用以改善整车的横摆稳定性;中间层制动力分配器合理分配了四个车轮的制动力,用以实现顶层控制器输出的附加横摆力矩;底层滑移率调节器采用基于逻辑门的限值方法,用以防止车轮抱死。搭建了CarSimSimulink联合仿真模型。通过两次单移线操作模拟两次超车换道试验,对控制系统进行了仿真验证分析。结果表明:在极限工况下,该控制方案能够显著地改善整车的横摆稳定性,最大限度地提高了整车行驶的安全性。