高速列车横向稳定控制系统模型机理研究

从最佳控制角度,研究了摆式列车的横向稳定控制机理:在最小阻力的摄动方向上,通过横向悬挂施加有效的液压控制作用;在过渡曲线通过时,车体残余未平衡惯性作用,通过离心加速度的反馈加以“抵制”。为此,多刚体系统在这一方向上建立等效模型,并与液压系统以耦合方式进行系统集成。由于非线性线系统行为呈现明显的稳态特征,据此可以建立反映系统行为规律的参考模型。利用Simulink/NCD模块,设计验证控制器参数及其鲁棒性。

分布式驱动电动汽车横向稳定性抗饱和滑模控制

【目的】探讨轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度饱和的问题。【方法】以分布式电动驱动汽车为研究对象,结合二阶嵌套饱和函数对滑模控制进行抗饱和设计,并基于轮毂电机的峰值转矩及其在台架试验中的实际响应设计抗饱和滑模控制器的上下限参数。【结果】抗饱和滑模控制器能严格限制直接横摆力矩的幅值和变化速率,能极大地提高极限工况下车辆的横向稳定性。【结论】本文提出的方法有效解决了极限工况下轮毂电机易陷入饱和的问题,避免了因车轮滑移导致车辆失稳。

双挂汽车列车横向稳定性控制策略

双挂汽车列车相较于传统半挂车具有更高的运输效率和较低的运输成本,更适合未来公路运输绿色、便捷、高效的发展趋势,但较长的车身总长度和组成单元个数必然会对双挂汽车列车的整车稳定性产生影响.为研究并验证控制策略对双挂汽车列车横向稳定性的改善情况,基于Trucksim仿真平台搭建双挂汽车列车(B型双挂车)动力学模型,依据运动力学定律建立Simulink双挂汽车列车简化参考模型,分别以动力学和参考模型中各个单元的横摆角速度偏差、横向载荷转移率偏差为输入,结合模糊推理和PID(proportional-integral-derivative control,PID)控制理论构建整车横摆和侧倾稳定性主动控制策略,并根据车辆状态识别结果对控制策略的介入时机进行调整.模拟结果显示:主动控制策略使双挂汽车列车横向稳定性评价参数的波动幅度均有明显减小;各个单元的质心侧偏角峰值降低5.7%∼53%,横摆角速度峰值降低4.9%∼23.8%,侧倾角峰值降低0.5%∼24.9%,质心侧偏角峰值降低0.3%∼32.9%.表明本工作所设计的控制策略对双挂汽车列车的横向稳定性有改善作用,研究结果可为未来双挂汽车列车的横向稳定性研究提供参考.

基于轮胎合力计算与分配的车辆横向稳定性控制研究

鉴于轮胎合力计算与分配算法只适用于四轮独立制动/驱动和四轮独立转向车辆,以及路面附着系数对轮胎纵向合力和横摆力矩可实现范围的限制,提出一种对轮胎纵向合力和横摆力矩进行实时计算调整和动态分配的车辆横向稳定性控制策略。针对线性反馈计算的误差,采用离线数值优化和非线性规划方法实时确定轮胎纵向合力和横摆力矩的可实现范围,将计算的合力和力矩调整至可实现范围内并进行动态分配。设计滑移率和前轮侧偏角控制器使轮胎摩擦力跟踪各分力,在保证精度的同时避免对车辆后轮侧向力的估计。最后进行了仿真分析与基于LabVIEW PXI和veDYNA的驾驶员在环试验验证。结果表明,基于合力计算与分配的车辆横向稳定性控制可有效地提高车辆轨迹保持能力,改善低附着路面上车辆的稳定性,控制效果优于滑模变结构控制。

基于分数阶微积分的爆胎汽车横向稳定性控制

对爆胎汽车轮胎实现差速制动的方式可以改善汽车的横摆力矩,提高汽车的安全性能。首先建立汽车七自由度动力学模型,将Dugoff轮胎模型改进为爆胎模型,以汽车线性二自由度模型为参考,利用横摆角速度和质心侧偏角与参考模型值的偏差,采用分数阶微积分的方法对爆胎汽车实施制动力矩控制,修正爆胎汽车的运动状态。通过计算机仿真研究了在直线行驶和弯道行驶时左前轮爆胎对汽车横向稳定性的影响,对比不受控制、PID控制和分数阶PID控制的效果,结果表明,分数阶PID控制能有效修正爆胎汽车的侧偏速度、横摆速度和质心侧偏角等参数,提高汽车的安全性。

含AFS/DYC主动分配优化的4WID-EV横向稳定性控制策略

为改善车辆的横向稳定性能、提高整车的经济性,提出一种含AFS/DYC主动分配优化的四轮独立驱动电动汽车横向稳定性控制策略。该策略采用级联结构:在主动分配优化方案中引入协调变量,主动调节DYC的有效工作区间以提升轮毂电机的工作潜能;上层控制器在主动分配优化方案、约束条件以及目标函数的基础上确定附加的横摆力矩和主动前轮转向角,使系统的状态量收敛于参考值;下层控制器基于优化的附加横摆力矩实时调整轮毂电机的扭矩,以实现效率最大化的目标。结果表明:利用该策略,车辆的质心侧偏角和横摆角速度都能较好地跟踪期望值;且相较于2种已有的策略,轮毂电机平均效率可分别提高3.9%和7.2%,整体性能提升较为明显。

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。

基于单轮差动制动的汽车横向稳定性控制研究及仿真分析

通过Matlab/simulink搭建了汽车控制系统的仿真结构图,分析了单轮差动制动的横向稳定性控制,对在连续变道工况下行驶的汽车进行了单轮差动制动的仿真分析。仿真结果表明,单轮差动制动的制动方式可以大幅降低质心侧偏角、横摆角速度和侧向加速度的幅值,提高了汽车的行驶稳定性。

基于MPC与EKF算法的电动汽车状态估计与横向稳定性控制

为对电动汽车状态进行精确估计,提高车辆的安全性能,建立了车辆横向稳定性预测控制模型。采用模型预测控制算法(MPC),基于双轨二自由度整车模型,选取整车质心侧偏角、横摆角速度及轮胎滑移率作为状态变量,四轮分配扭矩作为控制变量。考虑驾驶员操作负荷和转向与驱/制动的平滑性,建立模型代价函数。设计扩展Kalman滤波器(EKF)预估和评价车辆当前状态,并利用二次规划(QP)算法进行滚动时域优化求解,得到4个车轮的最优扭矩。搭建Simulink和Carsim联合仿真平台,选取转向盘正弦输入工况,分别对高低附着路面进行仿真分析。结果表明:该预测控制模型能够有效保持车辆的横向稳定性。

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。

分布式驱动智能汽车轨迹跟踪的协同控制

针对车辆在轨迹跟踪过程中,尤其是高速转向等极限工况下,易出现车辆跟踪精度差和失稳的问题,以分布式驱动智能汽车为研究对象,提出一种考虑横向稳定性的轨迹跟踪协同控制策略。首先,建立车辆纵向、横向以及横摆运动的三自由度动力学模型,设计了基于模型预测控制的主动转向控制器,通过优化求解得到跟踪期望轨迹的最佳前轮转角。然后,采用滑模控制设计横摆力矩控制器,将横摆角速度和质心侧偏角作为联合变量,利用积分二自由度控制模型,计算车辆稳定的等效附加横摆力矩。最后,采用二次规划算法设计最优力矩分配控制器,以满足总的驱动力矩和附加横摆力矩的控制需求。仿真试验结果表明,控制系统在极限高速工况下,能够使车辆精确、稳定的跟踪期望轨迹。

面向结构的多刚体动力学系统线图

从质量、能量和信息的离散代换观点,将线图法应用于多刚体动力学系统的建模。刚体及其“联结”,按内部实现和接口界面抽象为模块化的组件对象。在根据系统线图的拓扑关系组装时,接口参数遵守网络定律。在发生扰动时,“联结”边的能量流发生变化。由此,基于最小阻力运动趋势进行系统设计,其控制策略的制定更加具有针对性。

Lateral Stability Improvement of Car-Trailer Systems Using Active Trailer Braking Control

An active trailer braking controller to improve the lateral stability of car-trailer systems is presented. The special and complex structures of these types of vehicles exhibit unique unstable motion behavior, such as the trailer swing, jack-knifing and rollover. These unstable motion modes may lead to fatal accidents. The effects of passive mechanical parameters on the stability of car-trailer systems have been thoroughly investigated. Some of the passive parameters, such as the center of gravity of the trailer, may be drastically varied during various operating conditions. Even for an optimal design of a car-trailer system, based on a specific passive parameter set, the lateral stability cannot be guaranteed. In order to improve the lateral stability of car-trailer systems, an active trailer braking controller is designed using the Linear Quadratic Regular （LQR） technique. To derive the controller, a vehicle model with 3 Degrees Of Freedom （DOF） is developed to represent the car-trailer system. A single lane-change maneuver has been simulated to examine the performance of the controller and the numerical results are compared with those of the baseline design. The benchmark investigation indicates that the optimal controller based on the LQR technique can effectively improve the high-speed lateral stability of the car-trailer system.