基于LQG/LTR的重型半挂车主动侧倾控制仿真分析

针对重型半挂车的侧倾稳定性问题,建立了八自由度的车辆模型,并以LQR主动侧倾控制方法为基础,提出了一种基于回路传输恢复技术(Loop Transfer Recovery:LTR)的LQG主动侧倾控制算法。设计各个车速下LQG/LTR局部状态反馈控制器,并进行了阶跃转向工况下车辆的仿真。仿真结果表明:LQG/LTR主动侧倾控制算法有效提高了重型半挂车的侧倾稳定性。

基于全局增益调度控制的重型半挂车主动侧倾控制算法

重型半挂车极易发生侧翻事故,提高其侧倾稳定性可以减少事故发生和人员财产损失。针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立车速可变的8自由度动力学模型。在回路传输恢复技术(Loop transfer recovery,LTR)的线性二次高斯(Linear quadratic guass,LQG)控制方法基础上,建立全局增度调度控制的全状态反馈控制器,使LQG/LTR局部状态反馈控制器在不同车速下均能对车辆实施最优主动侧倾控制,从而实现在噪声干扰下对重型半挂车的主动侧倾控制。进行变车速阶跃转向工况下的车辆仿真,对比分析主动控制前后的重型半挂车标准横向载荷转移等参数。车辆仿真结果表明,LQG/LTR方法具有良好的抑制干扰噪声的能力,可使系统具有较好的鲁棒性和稳定性。与被动式车辆相比,变车速的全局增益调度控制算法能有效提高重型半挂车的侧倾稳定性。

应用变刚度横向稳定杆的客车侧倾控制

针对空气悬架客车侧倾稳定性差的特点,建立了含横向稳定杆的车身侧倾数学模型,分析发现增加横向稳定杆角刚度能够有效减小车身侧倾,但同时会增加车身侧倾角振动。为解决这一问题提出了在空气悬架客车上应用变刚度横向稳定杆,并给出了前、后悬架变刚度横向稳定杆角刚度关系式。利用ADAMS/CAR软件建立某空气悬架客车刚柔混合整车动力学仿真模型,对模型进行了单移线和B级随机路面仿真分析,确定了变刚度横向稳定杆角刚度曲线。仿真结果表明,应用变刚度横向稳定杆,能够在几乎不影响侧倾角振动的前提下,有效控制车身侧倾。

转向工况下车辆主动悬架的侧倾控制

鉴于车辆簧上质量的振动和车轮的振动耦合,特别是转向工况下,车轮转向角对车辆侧倾的影响,为减小车辆的侧倾并有效抑制车辆的振动,建立了带主动悬架的整车模型,并运用微分几何理论设计了侧倾及减振控制律,对整车模型进行解耦。经过解耦后,簧上质量的俯仰、侧倾和垂向运动互相独立;车轮转角对车辆侧倾的影响得到有效的抑制。仿真结果表明,采用微分几何解耦后,车辆的侧倾角、俯仰角和垂向振动以及横摆角速度的超调量皆大幅度地减小,车辆乘坐的舒适性和转向的稳定性显著提高。

基于最优控制的重型车主动侧倾控制研究

针对重型半挂车的侧倾稳定性问题,建立了重型半挂车的动力学模型,并提出了一种基于回路传输恢复技术的LQG主动侧倾控制算法。设计各个车速下LQG控制器,并进行了阶跃转向工况下车辆的仿真。仿真结果表明:LQG主动侧倾控制算法有效提高了重型半挂车的侧倾稳定性。

基于主动横向稳定杆的汽车防侧倾控制策略及算法研究

在基于提高汽车的侧倾稳定性的基础上,建立了包含汽车侧向、横摆以及侧倾的3自由度动力学模型,设计了模糊PI-PD控制器,针对汽车的行驶状态实时提供抗侧倾力矩以防止侧翻事故的发生。由于“试凑法”对于控制器增益参数而言难以达到理想状态,通过遗传算法的迭代寻优找到全局最优解。仿真实验表明:针对主动横向稳定杆所设计的控制器及算法显著降低了车身侧倾角,提高了车身的抗侧倾能力。

提高车辆转向稳定性的车身主动侧倾控制研究

车辆高速转向时,车身向弯道外侧倾斜,严重时会导致侧翻事故.针对此问题,开展了提高车辆转向稳定性的车身主动侧倾控制研究.首先建立了考虑横摆和侧倾运动的六自由度车辆动力学模型;然后确定了车辆在转向运动时的期望侧倾角,并以此为控制目标设计主动侧倾控制器,使车身实际侧倾角逼近期望侧倾角.在不同行驶工况下,仿真研究了车身侧倾角、乘员感知加速度和横向载荷转移率,并考察了实现主动侧倾控制所需的主动悬架功耗和由主动侧倾引起的悬架动挠度变化.研究结果表明:主动侧倾控制能实现车辆转向时实际侧倾角迅速逼近期望侧倾角,且在复杂行驶工况下依然能使车辆具有良好的行驶稳定性;主动侧倾控制减小了悬架的动挠度峰值,使乘员感知侧向加速度和横向载荷转移率都能快速接近零值,且实现主动侧倾的主动悬架功耗较小,保证了车辆的经济性能.

基于模型预测控制的半挂汽车主动防侧倾控制方法

提出了一种半挂汽车主动防侧倾控制方法。搭建了一个七自由度动力学模型和一个三自由度参考模型;用无迹Kalman滤波的方法,来估计车辆的横向载荷转移率;确定优化目标,运用模型预测控制(MPC)理论进行最优化求解,得到各车轴的主动防侧倾力矩;在Simulink/Trucksim联合仿真环境中,进行仿真对比与分析。结果表明:在本文的MPC控制器和PID控制器作用下,半挂汽车各状态量皆收敛,且横向载荷转移率保持在0.7以内;相比于PID控制,MPC控制所需的防侧倾力矩更小更均衡,各状态量变化也更加平稳。因此,本MPC控制器在提升半挂汽车侧倾稳定性的同时具有较好的鲁棒性。

高速公路隧道入口护栏侧倾控制研究

为了保证车辆在隧道入口处的行车安全,针对隧道入口处车辆碰撞护栏产生侧倾而撞击隧道壁的问题,通过现有有限元仿真结果与实车足尺碰撞试验结果在驶出角度、车辆变形以及行驶轨迹等方面进行对比,校核了不同车型的有限元仿真的计算参数。采用理论分析、有限元仿真技术等方法,分析了护栏坡面、护栏高度、护栏刚度及强度指标对车辆侧倾的影响关系。结果表明:直壁式坡面的防侧倾能力优于F型坡面和单坡面;护栏高度越高,防侧倾的效果越好,随着护栏高度的增加,侧倾角度减小的幅度逐渐降低,即1.5 m的护栏可兼顾经济性和功能性,为护栏结构最优的高度值;护栏的刚度与其防侧倾功能之间并不存在线性关系,即并非护栏刚度越大越好,但较小的护栏刚度会影响整体结构的强度,造成零件的破坏;通过仿真分析,大刚度立柱和高吸能横梁结构对于控制侧倾效果尤为显著。结合隧道入口实际条件,确定了满足隧道入口车辆侧倾指标阈值为45 cm,并得到一种SB级防侧倾型隧道入口护栏结构。通过有限元仿真分析验证,满足隧道入口护栏侧倾控制小于45 cm的要求,提高了隧道入口护栏的侧倾防护能力,可有效提升高速公路隧道入口处的交通安全运营水平。

基于半主动悬架的车辆抗侧倾控制研究

悬架系统可提高乘坐舒适性,用于抑制车身的侧倾。基于车辆多工况行驶下的抗侧倾控制需求,建立带有半主动悬架系统的车辆四自由度动力学模型,以空气悬架和电机式主动稳定杆作为执行器,分别选用模糊控制和滑模控制来设计抗侧倾控制器,通过Matlab/Simulink与Carsim建立联合仿真模型来验证所设计控制策略的有效性。仿真结果表明:在双移线和鱼钩工况下,使用带有主动横向稳定杆的半主动悬架系统可有效减小车辆的侧倾角,降低车辆侧翻风险。

考虑侧倾的半主动悬架与电子稳定控制系统集成控制

建立四自由度半车模型,利用滑模变结构控制方法设计以磁流变减振器为执行机构的主动抗侧倾控制策略,研究质心侧偏角相平面稳定边界,设计电子稳定控制(ESC)系统的控制算法.在研究侧翻指标基础上,设计磁流变半主动悬架与ESC的主动防侧翻集成控制算法.通过紧急双移线工况和鱼钩工况对提出的控制策略进行仿真验证,结果显示集成控制策略能够提升操纵稳定性,并有效降低车辆侧倾角,从而降低侧翻危险.

基于模糊PID的车辆侧倾主动控制仿真研究

在ADAMS/Car下,建立了前后悬架都装有主动横向稳定杆的95自由度虚拟整车模型.采用模糊自适应PID控制策略,在Matlab/Simulink环境中对车辆抗侧倾性能进行了联合仿真,实现了PID控制过程中参数的在线整定.仿真结果表明,模糊自适应PID控制具有较强的自适应和抗干扰能力,有效地减小了车身侧倾角,在保证乘坐舒适性的同时提高了车辆的行驶稳定性.

基于Pareto最优均衡理论的商用车路径跟踪与抗侧倾协同控制研究

针对商用车路径跟踪横向控制与抗侧倾控制相互耦合的问题,将横向控制和抗侧倾控制视为动态博弈过程中的参与者,提出一种基于Pareto最优均衡理论的横向-抗侧倾协同控制策略。首先,建立商用车横摆-侧倾耦合模型,并利用车辆的横向位置、航向角和道路预瞄信息将其增广为智能车-道路闭环模型;其次,基于线性二次型最优(LQR)控制理论设计了分散式横向-抗侧倾控制器作为对比,在分散式最优控制器基础上,进一步充分考虑博弈参与者之间的控制交互,设计了一种基于合作式Pareto最优均衡理论的横向-抗侧倾协同控制策略;最后,选取蛇形线工况对两种控制策略进行仿真验证,结果表明,相比于分散式最优控制器,本文中提出的基于Pareto最优均衡理论的协同控制器能在有效提高路径跟踪精度的同时保证较好的侧倾和操纵稳定性。

潜艇高速空间旋回运动分离舵横倾控制的数值研究

基于RANS方法,以全附体SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用重叠网格嵌套滑移网格技术处理潜艇-舵相对运动,对不同螺旋桨转速下的潜艇空间旋回运动时的横倾控制开展研究。计算结果表明,分离舵的横倾控制效果较好,潜艇横倾角能迅速和平稳地过渡到静横倾角,实现了潜艇无横倾状态下的高速空间旋回运动,保障了潜艇姿态安全。分离舵的横倾控制对潜艇初期回转性能存在不利影响,但对定常回转性能的影响较小。

摆式列车倾摆控制系统

阐述了摆式列车倾摆控制系统各组成部分 :检测子系统、控制子系统、通信子系统以及倾摆作动子系统的功能及原理 ,并给出了车体倾摆控制算法。最后给出了对各子系统的试验研究结果。基本满足了倾摆控制系统的要求。

考虑路面不平输入的车辆侧倾状态估计及主动控制

为了低成本且高精度地估计车辆侧倾状态,研究考虑路面不平输入的车辆侧倾状态估计及主动防侧倾控制方法。建立三自由度侧向动力学模型,利用Kalman滤波算法设计基于侧向动力学的车辆侧倾状态估计算法。为了估计由路面不平引起的侧倾状态,建立七自由度垂向动力学模型,利用可测的车身垂向加速度信号设计基于垂向动力学的车辆侧倾状态估计算法。在此基础上,利用滑模变结构控制方法来决策车辆所期望的附加防侧倾力矩,通过阻尼可调减振器的阻尼力实现车辆主动防侧倾控制。仿真结果表明,基于侧向动力学的侧倾状态估计算法只对转向输入引起的侧倾具有较好地估计效果,而基于垂向动力学的估计算法能够有效地估计由转向输入和路面不平输入引起的侧倾状态,并且利用阻尼可调减振器能够有效地实现车辆侧倾状态的主动控制。

小波变换在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用研究

小波变换在故障诊断中得到较广泛的应用 ,但采用不同的小波 ,分析结果往往会有很大差异。对常用的正交、半正交、双正交小波提取信号特征的能力进行分析比较 ,表明半正交B样条小波因具有线性相位和采用较长的分解系列 ,而具有较好的频域局部化特性和较小的变换误差 ,是摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的较佳小波基。提出一种新的确定故障诊断阈值的方法 ,并通过实验证明了方法的有效性 ,为小波变换在摆式列车实车倾摆控制系统故障诊断中的应用提供理论依据。

摆式列车主动倾摆控制的数值仿真研究

为了仿真研究摆式列车倾摆控制信号的生成和倾摆控制规律,笔者建立了摆式列车机电耦合动力学模型和倾摆系统模型。该模型通过位于头车一位构架上的陀螺仪实时检测曲线,由同一位置的横向加速度滤波信号得到倾摆控制信号,并用线性预测法得到头车和第二辆车的倾摆控制信号。设计了倾摆系统的P数字控制器和H∞鲁棒数字控制器。采用数值积分方法进行仿真计算,研究了各种计算工况下2种控制器的控制效果。针对倾摆角度、角速度和角加速度进行比较分析,结果表明,2种控制器都能很好地跟踪倾摆控制信号,在有反馈干扰或控制信号突变时,鲁棒控制器可以更好地抑制倾摆角加速度;减小P控制的比例系数可以降低倾摆角加速度,但跟踪性能变差。

基于UIO的摆式列车倾摆控制系统执行机构的故障检测

提出了一种利用未知输入观测器 (UIO)对摆式列车倾摆控制系统执行机构进行故障检测的方法。该方法是干扰解耦原理的一个应用 ,通过一个全阶未知输入观测器使残差对未知输入不敏感 ,而对故障敏感 ,通过一个简单阈值逻辑来检测故障。通过计算机仿真证明了该方法的有效性。

摆式列车倾摆伺服控制系统辨识方法仿真研究

针对摆式列车倾摆伺服控制系统的原理及特点,应用不同的辨识方法对倾摆伺服控制系统进行辨识,并对各种方法辨识结果进行比较。仿真试验结果表明:当考虑倾摆控制系统的非线性时,神经网络方法能很好地辨识出倾摆伺服控制系统的动态特性,解决倾摆伺服控制系统辨识中的非线性问题,而其它方法较差。