Multi-objective Stability Control Algorithm of Heavy Tractor Semi-trailer Based on Differential Braking

Rollover and jack-knifing of tractor semi-trailer are serious threats for vehicle safety, and accordingly active safety technologies have been widely used to reduce or prevent the occurrence of such accidents. However, currently tractor semi-trailer stability control is generally only a single hazardous condition (rollover or jack-knifing) control, it is difficult to ensure the vehicle comprehensive stability of various dangerous conditions. The main objective of this study is to introduce a multi-objective stability control algorithm which can improve the vehicle stability of a tractor semi-trailer by using differential braking. A vehicle controller is designed to minimize the likelihood of rollover and jack-knifing. First a linear vehicle model of tractor semi-trailer is constructed. Then an optimal yaw control for tractor using differential braking is applied to minimize the yaw rate and lateral acceleration deviation of tractor, as well as the hitch articulation angle of tractor semi-trailer, so as to improve the vehicle stability. Second a braking scheme and variable structure control with sliding mode control are introduced in order to achieve the best braking effect. Last Fishhook maneuver is introduced to the active safety simulation and the active control system effect verification. The simulation results show that multi-objective stability control algorithm of semi-trailer could improve the vehicle stability significantly during the transient maneuvers. The proposed multi-objective stability control algorithm is effective to prevent the vehicle rollover and jackknifing.

基于模糊快速滑模的农用牵引车辆直线路径跟踪控制

为解决无人驾驶牵引式农机在非结构化环境中作业时直线跟踪精度低、上线速度慢、抗干扰能力差等问题,提出了一种基于模糊快速滑模控制的农用牵引式车辆直线路径跟踪控制方法。首先利用车辆运动学模型与参考路径建立牵引车辆直线路径跟踪误差模型,并提出一种基于模糊参数整定的快速滑模直线路径跟踪方法,解决了滑模控制算法的控制器抖振与机具快速上线问题。通过Lyapunov稳定性分析可知,所设计控制方法可保证牵引机具跟踪参考路径,同时铰接角收敛至零。最后,基于Simulink仿真与实车试验对该控制方法的有效性与优越性进行测试。田间实车试验表明,使用本文控制方法时,拖车和挂车最大路径跟踪横向误差分别为0.11、0.12 m,拖车和挂车跟踪误差方差分别为0.0013、0.0015 m^(2);相较于传统基于等速趋近律设计的滑模控制器,上线时间提升约58%,最大跟踪误差减小约66%。

拖挂式移动机器人的多约束避障轨迹规划

基于七次多项式曲线研究了拖挂式移动机器人多约束避障轨迹规划问题,建立了具有非完整约束特性拖挂式移动机器人的前向和后向运动学模型。在速度、加速度、急动度、曲率和曲率导数等多约束条件下,提出基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法。考虑平稳性、舒适性和交通效率等设计了优化目标函数,对七次多项式曲线参数进行优化。仿真结果表明,所提出的基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法,能够得到多约束条件下满足最优避障时间和最优避障距离的避障轨迹规划结果。

离轴拖挂轮式移动机器人跟踪控制研究

针对离轴拖挂轮式移动机器人挂车的轨迹跟踪控制问题,基于拖车和挂车运动轨迹的相对曲率关系提出了一种动态跟踪方法。建立离轴拖挂轮式移动机器人的运动学模型和动力学模型。通过拖车和挂车位置几何关系给出了两车的速度关系,进而得到两车运动轨迹相对曲率之间的关系。基于曲率关系将挂车的运动任务转化为拖车的运动任务,并结合动态跟踪方法设计比例积分反馈控制器完成拖车的运动任务。最后通过模拟仿真实现了挂车精确的轨迹跟踪控制,仿真结果表明在所提控制器的作用下,挂车在拖车的拉拽下可精确地跟踪目标轨迹曲线。由于所使用的动态跟踪方法引入了目标轨迹曲线的相对曲率,极大地提高了跟踪的精确性。

基于曲率跟踪方法的轴上拖挂轮式移动机器人的运动控制设计

目的针对轴上拖挂轮式移动机器人中的挂车对目标轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种能够跟踪挂车理想运动轨迹曲线相对曲率的双环控制方法。方法首先通过梳理轴上拖挂轮式移动机器人受到的非完整约束建立出运动学模型,并通过欧拉-拉格朗日方程建立其动力学模型;然后利用运动学方程推导出挂车的理想运动轨迹曲线的相对曲率和拖车与挂车理想偏航角之差之间满足的重要函数关系式;最后基于该核心关系式,利用姿态误差系统的外环速度控制器和动力学模型的内环比例积分反馈控制器组成的双环控制方法来实现给定的跟踪任务。结果仿真结果表明,对于外环系统,外环速度控制器使得姿态跟踪误差在经过一段时间的变化后全都趋近于零,实际的姿态变量最终稳定地趋近于目标姿态变量;对于内环系统,内环比例积分反馈控制器使得速度跟踪误差经过短暂的调整后趋近于零,实际速度值最终稳定地趋近于参考的速度值。结论设计的双环控制器可以有效地实现姿态跟踪和速度跟踪,能够使挂车精确地跟踪理想运动轨迹曲线,由于在姿态跟踪过程中引入了挂车运动轨迹曲线的相对曲率,该方法可以极大地提高轨迹跟踪的精确度。

基于聚类的半挂牵引车行驶工况构建改进方法

针对传统K-均值聚类算法易陷入局部最优以及最佳聚类数难以确定的问题,提出一种基于高斯混合模型聚类的改进方法。选定淄博市博山-沂源路段作为测试道路,以半挂牵引车为试验车辆,利用车载终端设备采集车辆行车数据。在对原始数据预处理的基础上,以速度为运动学片段划分标准,采用主成分分析和聚类分析对特征参数进行降维分类处理,依据距离聚类中心越近越能代表该类特征的原则选取运动学片段,构建丘陵山区半挂牵引车代表性行驶工况。与传统的K-均值聚类相比,采用高斯混合模型聚类构建的丘陵山区车辆行驶工况特征值误差仅为2.05%,精度更高,更能反映丘陵山区道路线形复杂的特点。与国内采用的半挂牵引车测试工况(CHTC-TT工况)相比,所构工况与之差异明显,表明了开发反映丘陵山区行驶特征的半挂牵引车代表性行驶工况的必要性。

单拖挂汽车列车路径跟踪控制策略

为提高汽车列车路径跟踪性能,结合模型预测控制和最优曲率预瞄控制设计了路径跟踪控制器。在曲线部分采用模型预测控制以减小横向跟踪误差,在直线部分采用最优曲率预瞄控制来提高行驶稳定性,基于Truck⁃Sim/Simulink建立联合仿真模型并进行了仿真分析。结果表明,与对标车型自带路径跟踪控制器相比,在单移线工况下,采用综合控制器的汽车列车轨迹跟踪误差减少了60%以上,稳定性指标改善了7%。

基于策略梯度及强化学习的拖挂式移动机器人控制方法

针对拖挂式移动机器人的反向泊车运动控制问题,提出了一种基于策略梯度及强化学习的拖挂式移动机器人控制方法。首先,在Gym软件中搭建了具有单节拖车的拖挂式移动机器人的运动学仿真模型,并设计了稳定的反向泊车运动控制律。其次,构建了基于Tensorflow框架的神经网络模型,设计了相应的损失函数,并利用策略梯度算法更新神经网络的参数,以训练机器人的反向泊车运动。仿真实验结果表明,经过训练的拖挂式移动机器人能够有效地学习反向泊车运动控制策略,并稳定地实现反向泊车运动。不同参数下的实验结果验证了基于策略梯度算法的强化学习模型的有效性。

混合变异自适应樽海鞘算法的甩挂运输多目标调度优化

建立一种考虑时间窗的甩挂运输多目标调度模型,提出一种改进樽海鞘算法的求解策略。通过引入混合变异算子,改进樽海鞘算法领导者位置易陷入局部最优的问题,增加种群多样性;通过引入动态惯性权重策略,使追随者在迭代后期减小搜索步长,提高算法收敛精度。实验结果表明,该改进的樽海鞘算法具有较高的全局搜索能力,能有效得出甩挂运输多目标问题最优解,相关研究结论能够为大型企业运输提供决策支持。

浅析牵引车轻量化举措

随着国内法规的越加严格和完善,法规限值6×4牵引车列车总重49000 kg,三轴半挂车最大允许总质量限值为40000 kg,牵引车自重为列车总重减去半挂车总重及乘员体重后约为8800 kg。所有通过降低整车自重,才可满足半挂车最大40000 kg的限值。文章针对某6×4牵引车轻量化问题,从底盘结构优化,轻量化材料应用及轻量化配置应用三个方面进行可行性分析。通过计算机辅助工程(CAE)分析和试验验证保证设计方案合理有效。研究表明,通过合理的轻量化设计,可以达成牵引车自重小于8800 kg目标。

液压拖车制动在大轮拖上的应用

分析了气动式拖车制动和液压式拖车制动的不同特点,讨论了拖拉机拖车制动的相关注意事项。根据作业环境设计了一种适用于浅海滩涂拖车作业的液压控制阀式的拖拉机拖车制动方案。

机场牵引车自动脱挂钩装置的设计与仿真

目前在机场中,行李牵引车与平板车之间的连接方式多采用插拔式,该脱挂方式效率低、劳动强度大。针对此问题,提出了一种由连接系统、分离系统和挂钩系统3个部分组成的新型牵引车自动脱挂钩装置。依据现有车型的数据,对脱挂钩装置的结构进行了设计,使其可以实现自动上钩且快速脱钩的功能,并采用ABAQUS对该装置主要零件的强度和刚度进行了有限元分析,验证了方案的可行性,研究结论为解决机场的行李运输中存在的问题提供了参考。

超宽轮胎对半挂牵引车及铰接列车油耗的影响分析

超宽轮胎理论上具备质量轻、滚阻小等优势,为了研究该技术对半挂牵引车及铰接列车动力性和经济性的具体影响程度,选择在某江淮半挂牵引车及对应铰接列车上分别匹配超宽轮胎和传统并装双胎,并开展对应的道路滑行试验和底盘测功机动力性、经济性试验。通过四种状态的滑行试验和两种状态动力性、经济性试验,研究得出超宽轮胎在匹配至半挂牵引车上时,优势不够明显;但匹配至铰接列车上时对经济性有显著优化,同时动力性基本相当的结论。

半挂汽车列车模型的建立与试验

在建立8自由度半挂汽车列车数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink仿真软件建立仿真模型。研制了能通过配重实现不同质量参数组合的挂车,并以优尼柯NJ1020型为牵引车,参考ISO9815和ISO7975标准,进行了转向行驶和制动试验,验证了所建模型的正确性。

带拖车的移动机器人包络路径分析与描述

带拖车的移动机器人系统是一类复杂的多车体系统 ,其路径规划问题难以沿用单体移动机器人系统的规划方法 .本文通过分析这类系统运动时的路径特征 ,提出包络路径概念 ;并根据路径与车体约束的关系 ,给出包络路径的量化描述 ,从而把这类多车体系统的路径规划问题转化为单个车体的规划问题 ,本质地改变了带拖车移动机器人的运动规划 .

基于相似模型的汽车列车横向摆振试验研究

应用相似模型理论对半挂汽车列车模型进行了相似关系分析.在建立汽车列车横向动力学模型的基础上,在汽车列车横摆模拟实验台上,对在不同车速、不同结构参数条件下的汽车列车横向摆振特性进行试验,并对试验结果和数字仿真结果进行对比分析.研究结果表明:理论计算结果与模型试验行为具有很好的一致性,这种方法为提高试验系统性能和向原型车辆反推提供可行性.

拖拉机挂车制动气室推力的试验研究

我国拖拉机挂车气制动系统执行机构主要采用膜片式制动气室，对其推力进行理论分析和试验研究后，得出膜片式制动气室推力不仅与几何尺寸和气压有关。

重型半挂车侧倾稳定性仿真与分析

针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立了车速可变的八自由度动力学模型。在变车速情况下进行了阶跃转向输入下的仿真,并分析了重型半挂车结构参数和车速对其侧翻稳定性的影响。仿真结果表明:牵引车驱动轴为侧倾稳定性危险车轴,当车速过高或前轮转角过大时,首先离地;增大各轴轮距、降低簧载质量质心高度、提高半挂车悬架侧倾刚度、降低牵引车悬架侧倾刚度能够有效地提高重型半挂车侧倾稳定性。

拖拉机半挂车机组自动直线倒车控制器设计与实验

应用最优控制理论对拖拉机半挂车机组自动直线倒车行驶进行了研究。应用最优控制理论和线性化的车辆运动方程设计了拖拉机半挂车机组直线倒车的线性二次型控制器,运用控制器分别在沥青路面和未整修道路上进行了实车实验。实验表明,该控制方法能够实现拖拉机半挂车机组自动直线倒车行驶控制,且车辆的行驶速度对车辆系的横向偏差影响很大。

基于多性能目标的拖拉机运输机组优化设计

拖拉机运输机组总体参数的设计目标多元,约束条件复杂,传统经验法和单目标优化法难以使机组综合性能达到最优。该文以机组动力性、牵引点受力情况、附着性能和经济性最优为目标设计了目标函数;通过分析拖拉机运输机组动力学模型,确定了优化参数;通过研究拖拉机运输机组使用性能,制定了约束模型;采用改进型非支配排序遗传算法,导出了拖拉机运输机组总体参数多目标优化算法。以东方红150拖拉机运输机组为实例,优化了原有拖拉机和挂车的重力参数、质心位置和变速器传动比。设计试验与已有单目标优化方案和原始机组对比,结果为:运输Ⅰ挡和运输Ⅱ挡下,最大爬坡度分别提高1.35%、1.68%和1.38%、0.57%;牵引点受力分别减少1 222、703和2 792、2 125 N;驱动轮最大滑转率更接近特征滑转率;燃油消耗量分别下降12.9%和15.8%;改善了机组动力性、牵引点受力、附着性能、经济性,可为拖拉机运输机组配重方案和总体参数设计提供参考。