Robust control of hand wheel torque for active front steering system

Active front steering(AFS)system has been used as a promising technology which improves the steering portability and handing stability of vehicles.It employs a steering motor to realize the functions of variable steering ratio and vehicle stability control.However,it has a serious problem of unexpected reaction hand wheel torque caused by the additional steering angle.In this paper,the optimum hand wheel torque is designed based on the linear tire model.Considering the uncertainty and disturbance of the steering system and vehicle,an H∞controller is developed to make sure the hand wheel torque follows the reference torque accurately and quickly.The simulation shows that the proposed controller can compensate the unnatural reaction torque and provide a good steering feel for the driver.

分布式驱动电动汽车执行器失效容错控制研究

为了提高单电机故障状态下分布式驱动电动汽车的稳定性,提出了一种驱动力重构和主动前轮转向(AFS)结合的容错控制方法。首先,设计滑模控制器,控制输入量为横摆角速度和质心侧偏角,进而对所需横摆力矩和前轮附加转角进行控制。其次,建立电机故障状态下的整车驱动力优化分配模型。当车辆电机出现故障时,运用二次规划算法对各电机转矩进行重构分配。同时,当某一电机发生故障且同侧电机出现输出饱和而无法提供足够的横摆力矩时,通过主动前轮转向提供附加横摆力矩。最终搭建CarSim/Simulink联合仿真模型进行验证,结果显示,所采用的容错控制方法可有效提高车辆稳定性和动力性。

四轮轮毂驱动车辆横向稳定性的底盘协同控制

为了改善四轮轮毂驱动车辆的横向稳定性,本文提出一种综合转矩协调和主动后轮转向的底盘协同控制策略。该策略旨在跟踪期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角的同时,有效抑制车身侧倾。基于轮毂电机驱动产生的垂向反力特性,设计了车辆纵向、横摆和侧倾运动的转矩协调解耦控制策略。为降低车辆横向动力学建模时忽略的非线性因素及模型不确定性对控制性能的影响,面向底盘协同控制设计了一种基于扰动观测器的模型预测控制方法,对非线性特性和不确定性进行估计和补偿。同时开展了硬件在环测试,通过双移线工况验证了所提出方法的有效性。结果表明,所提出的底盘协同控制策略能够有效提升车辆的横向稳定性,并减小车身侧倾运动;包含扰动观测的控制策略相比于无扰动观测补偿,对期望横摆角速度和质心侧偏角的跟踪误差分别降低了56.9%和27.3%,而车身侧倾角和侧倾角速度分别降低了8.9%和12.5%。

位置可调转向管柱传动的运动学分析及应用

方向盘在前后伸缩或者上下角度调整之后,转向系统的不等速特性引起的力矩波动,方向盘幅角及转向管柱的摩擦力矩变化都会发生变化。通过建立局部坐标系,进行空间坐标转换,推导了输入轴和输出轴转角的关系式。使用该方法可以计算不同方向盘调节位置时转向管柱传动的不等速特性,转向管柱位置调节导致的方向盘幅角变化,转向管柱万向节的摩擦力矩变化。基于以上三个计算结果,提出了输出轴的初始相位的设定方法。

轮毂电机驱动越野车原地转向控制

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题,利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势,开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型,阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律,建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹,并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量,执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制,同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明,开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪,并将转向中心偏移量限制在500 mm以内,提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性,实现了“既快又稳”的原地转向。

基于分数阶理论的汽车电动助力转向系统分析

本文在分析汽车电动助力转向(EPS)系统结构基础上建立其动力学模型,设计了直线型的助力特性曲线,以某款车型参数为例,搭建汽车EPS系统分数阶仿真模型,分别在PID控制和分数阶PIλDμ控制器下,车速为80 km/h时,向转向盘输入一个正弦波力矩,来判断转向盘转角、传感器力矩、回正电压、助力电流和助力电压相对于转向盘力矩输入时的系统响应。研究表明:相对于PID控制,转向盘转角、传感器力矩、回正电压、助力电流和助力电压在分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器下,对转向盘力矩输入有更好的响应特性,控制效果更好。本文研究结果为设计效果更好的汽车EPS系统控制器提供指导。

基于扭矩识别方向盘离手的研究

为了提高车辆行驶的安全系数,提出一种基于转向扭矩辅助识别方向盘离手的监测策略。对转向传动系统影响扭矩识别方向盘离手的因素进行了分析,设置了基于转向扭矩辅助的设计及控制逻辑,并通过计算分析和测试的验证。结果表明;该设置策略的逻辑及控制方法在车辆高级辅助功能激活的工况下,可以实现方向盘离手辅助提示功能,为方向盘离手辅助提示提供了开发设计方法。

某BD系列轨道平台搬运车转向系统沉重分析及改进

根据某BD系列轨道平台搬运车的实际使用情况,发现该车在满足小转弯半径的情况下出现转向沉重问题。通过理论分析出转向沉重的原因,对转向摇臂、直拉杆、转向节臂的尺寸进行了改进,建立了该转向系统的AMESim模型,分析了改进后的效果,转向盘力阻力矩减小。经试车验证,转向盘阻力矩比模型中得出的阻力矩小,转向操纵轻便,满足使用要求。

汽车电动助力转向系统转向盘转矩直接控制策略

为改善汽车转向轻便性和路感的问题,设计了以转向盘转矩为控制目标的电动助力转向系统。在分析电动助力转向系统数学模型的基础上,建立了基于Simulink的电动助力转向系统仿真模型。仿真结果表明,所设计的电动助力转向系统,在改善转向轻便性和路感问题的同时,控制性能不受系统参数变化的影响,具有稳定的转向盘转矩特性。

线控转向系统转向盘力回馈控制模型的研究

根据轮胎和传统转向系的力学特性提出了利用车轮转角和车速计算得到转向盘回馈力的思路,并以此建立了线控转向系统转向盘回馈力控制模型,仿真和试验表明该模型能够满足路感要求。

用于电动轮驱动汽车的差动助力转向

根据电动轮汽车的各轮独立驱动特点,提出一种针对电动轮汽车的新型助力转向方式。着重讨论了差动助力转向的基本原理和可行性。应用Matlab及Simulink建立了整车和转向系模型,给出了目标扭矩分配的特性曲线及左右转向轮的扭矩输出的控制算法,并进行了仿真验证。结果表明:对于电动轮驱动汽车,所提出的差动助力转向方法满足了转向轻便和驾驶路感要求,可以在保留传统机械转向系的前提下,成功应用于四轮独立驱动的电动汽车,提高电动轮汽车整车性能优势并降低成本。

四轮驱动滑动吸盘爬壁机器人的动力学研究

研究了四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器人在滑动导向运动方式下的动力学问题.首先分析了机器人在壁面上安全移动的运动状态和约束条件,然后对驱动轮支撑力分布、驱动轮与壁面间的横向摩擦力以及密封圈摩擦力进行分析,进而基于牛顿—欧拉法建立了机器人的动力学方程,并用驱动力矩安全系数来表征驱动力矩的安全程度.通过动力学仿真,分析了吸附压力、驱动轮分布、密封圈刚度等对驱动力矩的影响,为四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器人结构优化和安全运动控制提供理论依据.

制动引起转向盘抖动的传递途径试验研究

通过制动抖动整车道路再现试验和DYNAMO试验台的制动器台架试验研究,确定了制动器制动力矩的波动(BTV)向转向盘传递的主要途径,并考察了传递途径中各个零部件对制动抖动的吸收与放大,为寻求传递途径的衰减控制措施奠定了良好的基础。

牵引力对机车车轮轮轨黏着性能的影响分析

为了解机车在牵引工况下轮轨的蠕滑特征,本文采用线性蠕滑理论和非线性修正方法,推导出轮轨接触的蠕滑力公式,结合磨耗型踏面的轮轨接触几何特征,采用Simpack多体动力学软件建立DF8B型三轴转向架机车动力学模型,进行动力学仿真验证。研究发现:传统转向架机车在牵引工况通过曲线时,导向轮对外侧车轮轮缘根部接触钢轨,总的蠕滑力处于饱和状态;当轮轨接触总的蠕滑力饱和时,牵引力会引起轮轨接触界面的纵向和横向蠕滑力重新分配,牵引力越大,纵向蠕滑力越大,横向蠕滑力越小。惰行工况下导向力矩最大,随着牵引力的增加,导向轮对的导向力矩逐渐减小。

基于主动转向干预的EPS系统转向盘力矩突变修正策略

在研究融合主动转向功能的电动助力转向系统实现原理的基础上,分析转向系统的力矩和角位移传递特性。针对主动转向干预时转向盘力矩发生突变的问题,提出一种适用于全车速范围的助力电机前馈助力修正策略。为验证所提出的前馈助力修正策略的修正效果,进行主动转向干预时转向盘力矩阶跃仿真试验。仿真结果表明:该策略有效地削弱了伴随主动转向干预同时出现的转向盘力矩突变,且在高速时该修正策略仍然有效,改善了主动转向干预时转向系统的转向路感。

驾驶员理想转向盘力矩特性研究

对驾驶员理想转向盘力矩的影响因素进行分析,提出了一种用以描述稳态转向工况的驾驶员理想转向盘力矩模型。针对三款不同型号车辆进行驾驶员转向盘力矩道路试验,建立了中国西南地区驾驶员理想转向盘力矩模型,研究结果表明:一定车速下,驾驶员理想转向盘力矩是转向盘转角或者侧向加速度的增函数,但随着转向盘转角或者侧向加速度的增大,驾驶员理想转向盘力矩增大的程度减缓;一定转向盘转角或者侧向加速度下,驾驶员的理想转向盘力矩与速度近似成线性正比关系;如果车辆的体积、车重相近,道路条件相同,驾驶员理想转向盘力矩与车辆的型号无关。

四轮独立驱动四轮转向电动试验样车的研制

研制出一辆四轮独立驱动四轮转向(4WD-4WS)电动试验样车,4个车轮分别由彼此独立的直流电机驱动,后轮转向机构由步进电机驱动跟随前轮转向。阐述了底盘总成、电气总成的结构及特点;采用等转矩、等功率两种模式分配四轮驱动力,进行了直线行驶与转弯行驶的基本试验。结果表明,研制的4WD-4WS电动样车设计结构可靠、性能良好,为系统地进行动力学性能试验,以及寻找最佳的驱动力分配模式和最佳的四轮转向模式提供依据。

主动后轮转向四轮独立驱动车辆的协调控制

为了改善四轮转向车辆在高速工况下的转向灵敏度不足问题,并提高四轮转向车辆在低附着路面下的稳定性,以主动后轮转向/四轮独立驱动车辆为研究对象,基于分层协调闭环控制策略,设计了主动后轮转向(active rear wheel steering,ARS)和四轮转矩分配(four-wheel torque distribution,4WTD)的协调控制系统.首先,以车辆质心侧偏角为控制目标,设计了前馈+反馈的主动后轮转向控制器;然后以车辆横摆角速度和期望纵向车速为控制目标,设计了四轮转矩分配控制器;最后设计了基于规则的协调控制器,合理分配各子控制器的工作区间.通过搭建CarSim/Simulink联合仿真平台,对所设计的协调控制系统进行了仿真验证.仿真结果表明,所设计的协调控制系统达到了提高四轮转向车辆性能的控制目标.

汽车驾驶模拟器转向盘能量反馈调节

针对目前汽车驾驶模拟器转向盘系统所采用的各种不同的力反馈模型,分析将力反馈模型统一简化的可行性.建立主要由力矩电机和阻尼器组成的二阶系统模型,力矩电机采用线性控制律,给定相关参数,对模型进行仿真.进而,将驾驶员操作转向盘的对外做功过程视为存在人体能量损耗,从人机工程学的角度考虑,对力矩电机线性控制律引入人体能量损耗反馈调节,给出驾驶员对转向盘操作过程的能量损耗表达式,建立一种基于能量反馈控制的转向盘力反馈模型.利用MATLAB软件对模型进行仿真分析,该模型能够有效调节电机输出转矩,能量损耗的越多,操作转向盘越省力.研究结果表明,基于人体能量损耗反馈调节的转向盘系统模型,对适应人体逐渐疲劳的生理特性具有较好的效果.

基于综合路感强度的方向盘转向力矩特性分析

在对相关文献路感概念及人对车辆操控心理感受强度特性分析的基础上,提出了考虑方向盘力矩及转角大小的综合路感强度概念。以韦伯-费希纳定律为指导,利用综合路感强度与车辆转向响应强度的对应关系给出了方向盘理想力矩的计算方法,并进行了实例计算。对计算转矩与文献试验驾驶员方向盘力矩偏爱数据进行了对比分析,探讨了车辆转向响应强度的改进计算方法。计算数据与文献试验数据的对比分析表明本文提出的方向盘理想力矩的理论计算方法是合理可行的。