集成底盘控制技术的研究与应用

随着当代底盘智能化的发展,底盘各系统之间的控制冲突愈发明显。为解决底盘各系统控制冲突,文章设计了一种分层式的集成控制对底盘各系统进行统一控制。控制中根据功能划分为信号处理、状态估算、控制目标设定、车辆控制、协同控制、各系统控制;根据车辆状态及驾驶员操作确定车辆的控制目标,并依据各系统执行能力将控制目标统一分配给各个系统,从而满足车辆控制目标。实验结果表明,采用集成底盘控制可有效地延长车辆的侧向线性区、减小车辆的响应延迟以及改善车辆瞬态向稳态过渡中的超调。因此,开发集成底盘控制技术可以充分发挥底盘性能,优化底盘控制架构,使整体控制架构更清晰、通讯更简洁。

集成底盘控制系统的控制构架研究

给出了用于集成底盘控制系统的6层阶梯式控制构架,并把这6层分为对象和关系两大类。对象类中包括信息层、目标层、功能层和硬件层,关系类中包括协调层和执行层。详细讨论了每一层的具体内容并指出了实现集成底盘控制的关键技术。

监督控制下的车辆集成底盘控制策略与仿真

分析了轮胎侧偏角与操纵稳定性的关系,提出根据前、后轮胎侧偏角及其角速度来定义判断车辆稳定性的因子。采用层次化的模糊逻辑监督控制协调各相对独立的子功能控制器,以实现主动转向、主动驱动/制动的集成控制。下层的各子功能控制器根据上层监督控制分配的权重,实现各自的横摆角速度跟踪或者稳定性控制目标。通过仿真研究了这种层次化集成控制策略和算法在极限工况下的性能。结果表明,相比传统的一些独立或联合的底盘控制方法,该集成控制避免了控制器间的冲突,在极限工况下能更好地实现车辆状态跟踪和稳定操纵,并可减小控制能量消耗。

基于模型预测控制的汽车底盘集成控制

为了实现汽车底盘的集成控制,提出了模型预测控制(MPC)方法。在紧急避障操纵时,利用四轮差动制动和主动前轮转向集成控制的方式实现对汽车理想操纵特性的跟随。上层集成控制器通过模型预测控制方法决策下层子控制器所需的附加横摆力矩和前轮附加转角。建立了七自由度非线性车辆模型作为预测模型,并通过实车试验对其精度进行了验证。在Carsim中的虚拟试验对模型预测控制方法的控制效果进行了验证。

基于底盘集成控制的轻型汽车防侧翻控制

提出了一种基于底盘集成控制的轻型汽车主动防侧翻控制系统。选取横向载荷转移率作为侧翻预警因子,并通过一3自由度侧翻参考模型进行实时计算。在此基础上,应用模型预测控制算法对主动转向和主动差动制动系统进行集成控制,提出了主动防侧翻控制算法。利用Matlab/Simulink与Carsim对车辆进行了典型工况的联合仿真。结果表明,所提出的主动防侧翻控制系统能准确预测车辆侧翻危险,避免侧翻事故发生,有效提高车辆综合行驶性能。

基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制

提出了一种基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制策略,协调控制车辆主动转向系统和主动制动系统。对典型多变量车辆系统进行分析,应用多变量频域控制理论设计底盘集成控制器,并利用基于Matlab与AMESim的联合仿真平台进行典型工况仿真分析。结果表明,基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制器能够消除主动转向系统和主动制动系统之间的干涉和耦合,同时显著提高车辆操纵稳定性。

面向底盘集成控制的液压制动压力估算方法

为实现底盘集成控制系统主动液压制动精细调节,对系统液压制动执行机构原理和轮缸压力调节特性进行了理论分析,搭建液压制动系统试验台,进行了增、减压试验研究。在此基础上提出了基于三维数表的液压制动压力估算方法,并进行了开、闭环试验验证。结果表明,所设计的压力估算方法能够比较精确地估算轮缸压力。

基于底盘集成控制的人-车闭环系统对提高车辆操纵稳定性和路径跟踪能力的效果研究

基于线性矩阵不等式方法,设计了一种集成后轮主动转向、纵向驱动力补偿和直接横摆力矩控制的底盘集成控制系统,叫底盘鲁棒模型匹配集成控制器(R-MMC)。为全面验证底盘集成控制器对车辆操纵性能的提高,建立了基于参考向量场的驾驶员模型,并用它和R-MMC组成一个包含内、外两个环路的人-车闭环控制系统。通过驾驶员模型不参与控制下的非稳态侧风干扰试验和驾驶员模型参与控制的人-车闭环系统S弯道跟踪试验,验证了R-MMC不但能显著提高车辆的操纵稳定性和主动安全性,而且还可增强车辆的路径跟踪能力,降低驾驶员的劳动强度。

基于逆乃奎斯特阵列法的车辆底盘主动转向与主动制动集成控制

为消除两种主动控制系统之间的干涉和耦合,应用逆乃奎斯特阵列法设计了车辆底盘集成控制器,分别对系统进行预补偿和动态补偿,并完成底盘集成控制系统整体构架,协调控制两个子系统。利用基于MATLAB与AMESim的联合仿真平台进行典型工况仿真分析,结果表明:基于逆乃奎斯特阵列法的车辆底盘集成控制系统能够有效地协调控制主动转向系统和主动制动系统,消除两者之间的耦合,显著提高车辆操纵稳定性。

基于模糊与PID的车辆底盘集成控制系统

建立了车辆七自由度动力模型,基于模糊和PID设计了车辆底盘集成控制器的顶层控制器,在底层,用PI方法来控制线控转向系统;用二次规划法对主动横摆力矩进行了分配,并针对单移线转向行驶工况进行了仿真验证,结果表明,所设计的底盘集成控制器具有良好的控制效果,能够明显的改善车辆的操纵稳定性;开发的分层控制算法能够充分利用各个执行机构,使得在主动转向角和主动制动压力等输入都较小的情况下,获得较好车辆操纵稳定性。

基于主动横摆力矩优化分配的车辆底盘集成控制

基于二自由度车辆模型设计了车辆底盘集成控制器,开发了基于二次规划法的主动横摆力矩优化分配算法。针对阶跃转向和单移线转向行驶两种典型工况进行了仿真试验。结果表明,所设计的底盘集成控制器具有良好的控制效果,能够明显地改善车辆的操纵稳定性;开发的主动横摆力矩优化分配算法能够充分利用各个执行机构,使得在主动转向角和主动制动压力等输入都较小的情况下,能获得较好的车辆操纵稳定性。

无人驾驶电动游览车底盘集成控制研究

介绍了具有自动寻迹行驶和遥控行驶2种模式的无人驾驶电动游览车,该车采用光电传感器自动辨识行驶路径,自动完成寻迹行驶,且在自主行驶过程中通过超声波传感器探测技术自动检测障碍物信息,具有防碰撞功能,在底盘控制上实现了无人驾驶技术、轮毂电机驱动技术和线控转向技术以及防碰撞技术等的集成控制,对于实现车辆的智能驾驶具有重要意义。

基于状态反馈的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制

采用二自由度车辆模型作为被控对象简化模型,提出了一种基于状态反馈的H_∞鲁棒控制方法的车辆底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和直接横摆力矩控制系统。直接横摆力矩控制系统基于HSRI轮胎模型的逆运算和PI控制实现。通过J-turn工况和正弦延迟工况对H_∞鲁棒控制器进行仿真验证,结果表明,所设计的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制器具有良好的控制效果,能够明显地改善车辆的操纵稳定性。

面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究

随着现代技术的不断创新发展以及人们生活水平的提高,汽车逐渐走向千家万户,汽车在作为现代交通工具给人们带来便捷与享受的同时,也在时刻出现着安全事故,可以说汽车的安全问题是关乎所有人的重要问题。当前汽车底盘电控系统正在不断发展,汽车在驾驶的安全性和舒适程度上都有提高,但是这一发展多少都是某一性能上的单一的发展模式,整个系统的统一性没有得到考量和提高,甚至有时简单的技术相加还会造成整体性能的降低。针对这一问题,笔者在本文中主要探讨了面向主动安全的汽车底盘集成控制策略,提出了总体的策略架构,旨在通过本文的研究为汽车安全性能的提高提供整体的发展思路,促进驾驶的安全性提高。

无人车辆底盘集成动力学系统解耦控制研究

面向多轮分布式驱动全轮转向无人车辆,本文针对性提出并验证了一种底盘动力学集成控制系统的解耦控制器,旨在通过解耦控制来实现灵活、快速、精确的无人平台动力学性能进一步提升。首先建立了可准确反映车辆纵向-侧向-横摆-侧倾运动的车辆耦合动力学模型,结合非参数统计方法对该动力学系统的输入输出耦合特性进行了定量分析;随后,基于神经网络逆系统原理构建了解耦线性化的车辆动力学系统与解耦复合控制器,测试并成功验证了系统的解耦响应,并对所提出的控制器进行了试验验证。结果表明,耦合动力学系统中各自由度控制子通道间因动力学耦合关系带来的干扰和影响得到了有效削弱,从而可实现对各子通道相对独立的控制效果,为分布式驱动无人车辆在轨迹跟踪运动过程中的高效、精准、稳定的综合动力学表现奠定了重要的平台技术和物理基础。

基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统集成控制问题,基于耗散性理论设计了一种非线性鲁棒控制器。将未建模动态、模型参数和反馈信号测量误差作为系统的加性不确定性和乘性不确定性,建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车底盘集成控制模型;基于耗散性理论设计汽车底盘集成非线性L2增益控制律来抑制系统的加性不确定性对系统性能的影响,并采用投影修正法设计自适应律来实时估计和补偿系统的乘性不确定性;采用逐步二次规划法来实现汽车底盘集成非线性L2增益控制律输出的校正横摆力矩约束优化分配。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的汽车底盘集成非线性鲁棒控制器的可行性和有效性进行了验证。

带参数摄动的车辆底盘的集成鲁棒混合控制研究

提出了一种新的参数摄动离散系统的鲁棒L_2-L_∞/H_∞混合控制综合方法,并将其转化为具有较低保守性的线性矩阵不等式组的凸优化问题。考虑车辆在极限工况具有参数大范围摄动和强非线性特点,利用该方法设计主动前轮转向系统和直接横摆力矩系统集成控制策略。采用Matlab/Simulink与Carsim联合平台进行典型工况仿真分析。结果表明,设计的车辆底盘集成控制器能抑制系统参数大范围摄动和强非线性的影响,改善车辆的操纵稳定性。

基于不确定离散系统广义H_2/H_∞底盘集成多目标控制

提出了一种新的不确定离散时间系统的广义H2/H∞混合控制综合方法,并将其转化为具有较低保守性的线性矩阵不等式组的凸优化问题.考虑车辆前、后轴侧偏刚度参数的不确定性,利用该方法设计底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和主动悬架系统.基于Matlab/Simulink与Carsim联合仿真平台进行典型工况仿真分析.结果表明,设计的车辆底盘集成广义H2/H∞混合控制器能够明显地改善车辆的行驶方向稳定性和防侧翻能力.

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.

基于UC/OS-Ⅱ操作系统的汽车底盘集成控制器设计

针对汽车底盘集成控制系统的实时性与可靠性,以及控制算法的复杂性,选用Freescale16位单片机MC9SDT128B为最小系统设计汽车底盘集成控制系统电控单元,并将实时操作系统UC/OS-Ⅱ成功移植到此单片机内核中。改变了传统前后台程序设计模式,实现了多任务的有效调度。