高速履带车辆横摆运动响应特性分析与试验验证

为研究高速履带车辆操纵特性,奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,建立了高速履带车辆非线性转向动力学模型及2自由度线性转向动力学模型,并对模型进行试验验证。利用2自由度线性模型推导了高速履带车辆横摆运动传递函数,基于此进行了高速履带车辆横摆运动时域和频域响应特性分析,提出履带车辆稳态横摆角速度增益及临界阻尼车速的定义。研究结果表明:履带车辆稳态横摆角速度增益均小于1,履带车辆具有不足转向特性;履带车辆系统阻尼比在1左右;当车速小于临界阻尼车速时,车辆系统为过阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间在0.2 s内;当车速等于临界阻尼车速时,车辆系统为临界阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间大于10 s;当车速大于临界阻尼车速时,车辆系统为欠阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间迅速减小至2~3 s。

履带车辆主动悬挂多点布置优化

为实现履带车辆主动悬挂减振性能和能耗达到综合最优,基于正交试验方法开展履带车辆主动悬挂多点布置优化设计。首先,建立了履带车辆悬挂系统动力学模型,并通过道路模拟试验验证了该模型的合理性;其次,开展了履带车辆悬挂系统正交试验,分析了4种典型路面下各子悬挂对悬挂系统减振性能影响的敏感性;最后,设计了主动悬挂作动器的6个布置方案,通过建立基于线性二次最优(linear quadratic regulator,简称LQR)控制的履带车辆主动悬挂动力学模型,分析了典型路面下各布置方案对悬挂系统减振性能的影响规律及能耗变化规律。结果表明,通过对履带车辆主动悬挂作动器的布置优化,可以实现悬挂减振性能和能耗之间的平衡。

考虑不同路面特征的军用履带车辆循环工况构建

为全面有效地评估车辆动力系统的燃油经济性,建立考虑不同路面特征的履带车辆循环工况。收集铺面路、砂石路和起伏土路3种路面的实车运行数据作为原始数据样本,并利用小波分析对数据进行滤波处理。基于处理后的实车数据,综合利用主成分分析法、K均值聚类和马尔可夫链构建3种路面下的典型循环工况,并对构建的工况进行相似度分析。研究结果表明:采用新方法能够有效地构建出符合军用履带车辆运行特点的循环工况,3种路面下循环工况的特征均与原始数据有极高的相似度;3种路面车速-加速度联合概率分布与原始数据的均方根误差分别为0.0356、0.0039和0.0196,新构建的工况能够有效反映履带车辆的真实运行情况。

基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

基于ICR的履带车辆路径跟踪与转向控制算法研究

针对丘陵山区单边制动农用履带车辆路径跟踪精度低、控制次数多、转向偏差大等问题,本文开展不同负载条件下履带车辆路径跟踪控制研究。首先,对履带车辆的转向运动学进行理论分析,并建立履带车辆运动学模型;其次,根据履带车辆单边制动转向特性,提出一种基于瞬时旋转中心(Instantaneous center of rotation, ICR)的大角度转向控制算法,该算法能够根据规划路径的转向点位置与履带车辆转向瞬心,规划出最优的转向目标点,并控制履带车辆在该转向目标点一次性转向到所需航向,与此同时,完成转向控制器设计;最后,开展履带车辆在3种不同负载条件下的仿真试验与田间试验。仿真结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均误差面积与平均转向控制次数分别降低68.95%、68.77%;田间试验结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均横向偏差均值、平均转向控制次数与转向点处平均最小偏差分别减少57.27%、33.93%、62.29%,且路径跟踪效果更优,验证了大角度转向控制算法的有效性。试验结果满足履带车辆路径跟踪的要求,为实现农用履带车辆的路径跟踪提供理论基础与参考。

履带车辆电控机械制动执行机构动力学仿真研究

针对履带车辆机械制动操纵形式电气化转型需求,提出了一种符合履带车辆行车制动功能使用需求的紧凑型、直驱式机电作动机构构型方案,运用ADAMS仿真分析方法对机电作动机构进行动力学仿真,分析获得了作动阻力相关特性曲线和性能参数,初步表明所设计的机电作动机构结构合理;开展了特定电机转速控制策略下的动态仿真,获得了机电作动机构各主要零部件的响应特性曲线,为机电作动机构的优化设计提供了依据.

软土路面履带车辆行驶性能研究综述

履带车辆行驶性能是整车性能的重要评价指标,车辆常在复杂路况下工作,行驶性能受路况影响较大。基于此,本研究综述了评估履带车辆性能的虚拟样机技术和仿真方法,讨论了离散元法在土力学研究中的应用,总结了关于车辆与土壤路面交互作用的研究成果,分析了履带车辆与可变形路面耦合研究的成果和挑战,提出了土壤剪切破坏和变形对车辆行驶性能的影响等未来可能的研究方向。研究结果表明,考虑地面相互作用是优化履带车辆设计和提高性能的关键,适应不同土壤类型和地形条件的车辆设计和参数优化对于提高车辆的通用性至关重要。

基于DEM-MBD对履带车辆在不同颗粒尺寸砂地行驶性能分析

为研究地面颗粒尺寸大小对履带车辆行驶性能的影响,利用DEM-MBD耦合软件对履带车辆行驶进行仿真,地面条件设置为砂地,并结合履带-地面力学对仿真结果进行分析。对履带车辆行驶偏移和沉陷量分析,得出砂地颗粒尺寸越大,履带行驶偏移量越大,沉陷量越少。本文可为履带车辆优化设计提供基础。

履带车辆斜坡转向瞬态分析及稳定性研究

目前履带车辆的山地机械性能亟待深入研究,根据履带车辆行驶特点,分析了履带车辆在不同坡度的横向坡道上转向时的受力情况,研究了转向瞬态的转向中心偏移量变化规律,并做了相应的计算机仿真,分析了这种变化对车辆转向稳定性的影响。分析结果表明,增大坡度角会导致车辆出现过度转向及甩尾等不稳定现象。

轻型履带车辆行走系的结构设计与选型计算

随着辣椒种植规模的扩大,缺乏适宜的套种作业机械、人工成本高及作业效率低的问题严重制约了辣椒产业的发展。开发一种适应“麦椒套种”的轻型履带车辆显得尤为重要。本文结合轻型履带车辆的使用环境、工作目标及工作性能,确定轻型履带车辆的行走系结构,并对行走系的关键部件和参数进行了选型设计;通过对轻型履带行走系转向受力分析,计算出转向时所需的最大驱动力矩,并以此选择静液压装置;为行走系设计提供依据并为后续变形设计积累技术资料。

高速电驱动履带车辆操纵特性分析

为了奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,进行了高速电驱动履带车辆开环操纵特性分析及高速电驱动履带车辆横摆运动响应试验,并在此基础上完成了基于人-车-路闭环系统的电驱动履带车辆操纵特性分析。研究结果表明:车速越高,横摆角速度稳定值越小;路面条件越好,车辆横摆角速度响应越快;当考虑电驱动车辆的动态响应特性后,保证闭环系统稳定的驾驶员预瞄时间需要增大,驾驶员最短反应滞后时间缩短;驱动电机响应速度越快,使系统稳定的最小预瞄时间越大。

基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法

无人履带车辆行驶路况复杂,将道路类型作为无人履带车辆悬架控制、自动换挡决策、路径规划等任务的先验信息,有利于提升车辆性能。针对使用单一信号识别道路类型环境适应性差或准确率低的问题,提出一种基于融合特征的道路类型识别方法,将图像的深度特征和悬置质量垂向加速度时域、频域、功率谱密度信号的统计特征相结合,利用机器学习分类算法实现道路类型识别。对单一特征和融合特征进行对比发现:融合特征实现了图像特征和悬置质量垂向加速度特征的互补,提高了道路类型识别的准确率和环境适应能力;融合特征方法与仅使用图像特征的方法实时性相差极小。对多种机器学习分类算法进行对比,试验结果表明:支持向量机和随机森林在准确性和实时性方面都表现优越,总体准确率均可以达到90%以上,识别速度可以达到14帧/s。

高速履带车辆轮履脱离机理分析与仿真研究

高速履带车辆履带脱轮问题是一项非常复杂的工程技术问题。为降低履带车辆在行驶过程中履带脱轮发生概率,以力学理论为基础,分析了履带脱轮时诱导齿与负重轮的相互作用关系,并以ADAMS软件为仿真平台建立了可测试履带从负重轮脱出难易程度的多体动力学模型。模型充分考虑履带、诱导齿及负重轮设计参数,利用正交试验设计方法开展履带刚度特性、诱导齿及负重轮设计参数对履带脱轮影响的仿真研究,仿真结果表明,不同的设计参数对履带脱轮影响的灵敏度不同。将试验数据进行神经网络拟合,对拟合后的表达式进行GA算法寻优,找到防止履带脱轮的因素最优值,使履带系统的运行稳定性得到了显著提高。

基于代理模型进化的履带车辆动力学参数优化

为解决履带车辆动力学优化过程因代理模型构建和应用的不足而导致的参数寻优精度和效率不高的问题,提出基于代理模型进化的参数优化方法,将优化迭代和代理模型动态构建相融合,来降低仿真模型调用次数和提高优化效率。根据车辆几何拓扑结构,构建考虑履带包络效应的车辆多体动力学模型;提出优化设计变量空间的3层子空间划分方法,以及具有空间聚焦、空间约简和跳出局部寻优的多级模糊聚类空间约简方法,实现设计参数在3层子空间的高效缩减。以履带车辆多体动力学模型参数优化过程为例进行应用验证。研究结果表明:在3种路况下的履带车辆多体动力学优化过程降低仿真模型调用次数最高可达85%;表征履带车辆行进特性的综合性能指标分别提升约32.4%、24.5%、20.4%。证明了新方法可有效提高动力学模型的优化效率和精度。

特种履带车辆机电复合传动装置低温启动过程建模与优化控制

针对极低温环境下,特种履带车辆机电复合传动装置冷启动时间长的问题,提出一种新型的机电复合传动装置低温快速启动方案,通过对主要加热部件能量转换过程的分析,构建低温启动过程中液压油温升的数学模型。通过控制不同加热部件的功率和加热时机,建立多约束条件下的两种低温启动控制策略:基于规则的策略和基于动态规划的策略,设计多目标优化的指标函数,实现在动力电池能量、加热部件功率等多约束下的最优启动控制。仿真结果表明:多部件加热的低温快速启动方案具备可行性,所提出的启动策略能够实现预期的控制目标;基于动态规划的策略可缩短12.6%的启动时间,同时启动过程耗能降低11.9%,有助于提升机电复合传动装置低温启动的综合效能。

基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制

为解决定参数轨迹跟踪控制器工况适应性差的问题,基于改进粒子群优化(IPSO)、多层感知机(MLP)算法,设计一种双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制算法。离线状态下,基于采集的实车数据,以轨迹跟踪的高精度、高稳定性、低时间成本为目标,利用IPSO算法构建了不同运动基元下的最优参数组合数据集,并以运动基元类型和车速等为特征向量,控制时域长度、时间步长为标签,采用学习率自适应优化算法完成MLP神经网络模型的训练。在线状态下,根据规划层下发的轨迹信息和车辆状态反馈信息,由MLP神经网络输出预测的最优控制时域长度和控制时间步长,作为双参数输入到模型预测控制算法中,完成自适应轨迹跟踪控制。基于ROS-VREP的联合仿真和基于双侧独立电驱动履带平台进行实车试验。研究结果表明,在包含大曲率转向的综合工况下,与相同计算时间成本的定参数轨迹跟踪控制算法相比,所设计的轨迹跟踪控制器横向偏差均值、航向偏差均值以及转角变化率均值分别降低了30.5%、17.2%、7.8%,证明了算法的可行性和有效性。

基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制

简化模型带来的模型失配以及外部环境不确定性是导致轨迹跟踪误差的主要原因,尤其对于无人履带车辆,其复杂的物理特性和工作环境更放大了两大因素的不利影响。针对该问题,将基于模型和基于数据的控制方法结合起来,提出一种基于模型预测控制结合无模型自适应控制补偿的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制方法。在平衡建模准确度和求解耗时的基础上,利用模型预测控制进行前馈求解。针对模型预测控制中简化模型与车辆实际模型之间必然存在的差异以及环境不确定性,基于动态跟踪效果构建无模型自适应控制算法进行补偿,即利用车辆实际轨迹与模型预测所得轨迹之间的误差,对模型预测控制求解的两侧履带速度控制量进行实时修正。仿真实验结果表明,该方法能够在一定程度上抑制系统内外部不确定因素的影响,提高动态环境下双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制的精度。

双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机故障模式下车辆安全控制

双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机发生故障如果不及时采取措施,极易导致车辆偏驶,甚至出现安全问题。为了保证单侧电机故障模式下的车辆安全,开展单侧电机故障模式下车辆制动避障安全控制研究。基于实车采取的一侧发生故障、另一侧及时处于故障模式的控制方式进行车辆安全性分析,提出一种双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机故障模式下车辆安全控制策略并通过RT-LAB半实物实时仿真验证。研究结果表明:该控制策略能够按照驾驶员意图,在单侧电机故障模式下实现不同车速下车辆不同相对转向半径的转向控制,而且面对连续的避障需求,可以稳定转向,保证履带车辆的安全。

考虑能量消耗的电驱动履带车辆路径规划方法研究

提出了一种考虑滑移滑转特性及其能量消耗的电驱动履带车辆路径规划方法.基于瞬时转向中心理论建立了考虑滑移滑转特性的履带车辆运动学模型;基于指数摩擦理论建立了车辆动力学模型;考虑电机瞬时功率最终建立了车辆能量消耗模型.基于控制空间采样的路径规划方法,融合履带车辆模型设计了考虑能量消耗的多目标优化策略路径规划方法.仿真试验验证了文中提出的考虑能量消耗的电驱动无人履带车辆多目标优化路径规划方法的可行性、节能有效性与优越性.

履带车辆制动器扭振信号瞬时频率特征提取方法研究

履带车辆的制动性能是评判其机动性优劣程度的重要指标之一,发动机引起的扭振在一定程度上会造成制动器制动效果降低,甚至失效。扭振信号常淹没于噪声信号中,因此在分析过程中很难判断所分析的信号是否存在扭振特征。针对上述问题,提出参数优化变分模态分解(VMD)的扭振信号瞬时频率特征提取方法。通过采用粒子群优化算法,以能量熵为适应度函数优化VMD参数,得到最优组合。采用最优参数组合对扭振信号进行降噪和重构,对重构的扭振信号进行零点线性插值,计算两脉冲之间的间隔,得到扭振瞬时转速波动信号。对瞬时转速波动信号进行频谱分析,实现对扭振信号瞬时频率特征提取。惯性载荷扭振实验结果表明:在转子转速为600 r/min、扭振激励频率为50 Hz的条件下,对采样频率为20 480 Hz的位移信号做参数优化VMD能精确提取扭振瞬时频率特征,误差小于1%。