基于模糊规则的矿用自卸车驱动防滑控制研究

针对电传动矿用自卸车在运行过程中无法根据道路情况自适应输出转矩、车轮过度滑转难以及时调整的问题,对其牵引系统进行深入研究,提出基于模糊规则的矿用自卸车驱动防滑控制系统,有效解决了车辆在低附着路面车轮易打滑的问题,提高了车辆在地面附着系数突变时打滑的调整能力。最终通过仿真验证了该系统的有效性,对矿用自卸车驱动防滑系统的设计应用具有一定的意义。

“主动面向、科教融合、双轮驱动”——工程管理专业新工科改革与引领的探索实践

面对国家战略需求以及新一轮科技革命和产业变革所带来的严峻挑战,工程管理专业建设正面临转型升级的迫切需要。西安建筑科技大学工程管理专业始终坚持改革探索与自我革新,在新工科背景下,努力探索工程管理专业改造升级路径、人才培养模式、课程体系建设、创新体系建设、平台建设和机制体制设计;坚持“主动面向”,以国家重大战略需求和科技创新的双轮驱动为导向,拓展专业内涵,加速科教融合,积极探索和重构专业课程体系;创新“精课程、微课堂”的课程建设和教学模式;开发“工程管理云专业”平台,大力推动“2+X”创新体系建设,构建“师生成长共同体”。为探索和形成工程管理专业发展的新模式、新路径、新体系提供重要支撑和经验借鉴。

产教融合背景下基于“四轮驱动”机制的高职建筑设计类课程教学创新与实践

根据高职人才的创新创业能力培养要求,结合建筑设计专业的特点,针对传统课程项目化教学模式的不足,提出构建高职院校“建筑设计”课程项目“意识引动”“平台助动”“教学推动”“研赛带动”的“四轮驱动”教学机制;深化产教融合,以培养学生创新创业能力为目标,以“双师型”建筑设计大师创新创业工作室为平台,针对学生个性化需求,进行分学期阶段、分阶段项目、分项目任务、分任务内容的分类培养,使“建筑设计”课程项目教学实现“产、教、学、研、赛、创”相互融合,为高职建筑设计类课程项目教学模式的创新与实践提供参考。

考虑道路识别的四驱电动汽车再生制动策略

为了充分利用路面附着条件分配再生制动力,提高制动能量回收率,根据双电动机四驱结构电动汽车复合制动系统的特点,对其制动能量回收控制策略进行了研究.分析了驱动轮与地面附着特性,设计了道路识别器来计算每个轮胎与当前路面之间的峰值附着系数,并使用模糊控制策略确定每个车轮与8种道路的滑移率和附着利用率的相似输入.根据双电动机外部特性的制动力分配关系,提出了使更多制动能量回馈给电池的策略.结果表明:制动强度为0.3时,能量回收率为65.55%,具有较高的回收效率.

基于RFID和磁导航的AGV小车S7-1200PLC控制系统设计

该项目利用S7-1200PLC作为AGV主控制器,采取驱动轮差速进行转向控制,采用磁导航传感器和RFID标签传感器实现循迹和定位功能,实现AGV小车在立体仓库、VMC850数控加工中心、CK40S数控车床、RB20工业机器人、装配单元之间产品的搬运功能。

基于CKF的四轮驱动电动汽车质心侧偏角估计

针对传统质心侧偏角观测精度不高、实时性能差的问题,提出了一种基于CKF算法的质心侧偏角观测器。首先基于CKF算法结合Dugoff轮胎模型,实时观测路面附着系数,计算实时的轮胎力。再结合七自由度整车模型,基于CKF算法,实时、精确观测车辆的质心侧偏角。最后,利用Simulink/Carsim联合仿真验证平台和硬件在环平台进行仿真验证。试验结果表明,CKF算法相比与传统无迹卡尔曼滤波估计精度更高、实时性能更好,较好的改善了传统质心侧偏角观测器在非线性条件下的观测精度。

考虑制动意图识别的四驱电动汽车制动控制策略

为进一步提高制动能量回收率,考虑不同工况下驾驶员不同制动意图所需的制动效果,提出了一种四驱电动汽车制动控制策略。首先,针对常规制动工况,基于常规制动意图识别,从制动能量回收率、稳定性和安全性角度分别设计控制策略;其次,针对滑行工况下的不同滑行制动意图,判断电机制动力是否介入及何时介入,并根据驾驶员所需的滑行距离计算电机制动力的大小;然后,由台架试验获得前后电机外特性并建立前后电机最优利用效率模型;最后,利用Carsim和Simulink进行了联合仿真分析。仿真结果表明,在新欧洲驾驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况下,与并联控制策略相比,能量回收率提升了13.64百分点;在滑行工况下可有效识别驾驶员需求滑行距离,提升了整车滑行经济性。

四轮转向汽车斜向行驶安全换道研究

随着四轮转向技术的发展,四轮转向汽车在高速换道时,前后轮通过同向转向可以提高车辆的稳定性,当前后轮同向转向并且角度一致时会造成车辆斜向行驶。针对四轮转向汽车斜向行驶换道的安全性进行研究。通过构建车辆安全换道模型,分析车辆周围的车流速度、相对距离及车道宽度等,以不发生碰撞为标准,建立一系列横向运动与纵向运动的数学关系公式,从而获得精确的车轮转向角度及精确的回正时间。通过Carsim和Simulink联合仿真,结果表明,通过数学公式所得到的精确数据,四轮转向汽车在斜向行驶时能够避免与周围车辆发生碰撞,并且可以显著提升车辆行驶的稳定性。

四轮独立电驱动越野车驱动力优化控制

为了充分利用四轮独立电驱动越野车各轮转矩独立可控的优势,提高越野车的牵引力和越野能力,提出了一种驱动转矩协调控制策略.根据越野车前后轴载荷预分配驱动电动机转矩,利用基于车轮滑转率-路面附着系数的极值寻求算法实现路面最优滑转率估计.采用比例-积分-微分(proportional-integral-differential, PID)控制-滑模控制(sliding mode control, SMC)和基于状态的驱动力再分配方法实现各轮驱动转矩的协调分配,抑制越野车在恶劣路面条件下的车轮打滑.通过CarSim/MATLAB联合仿真以及硬件在环(hardware-in-the-loop, HIL)测试,进行了爬陡坡、单一附着路面、对开路面及连续起伏路面工况的试验验证.结果表明:提出的控制策略能根据实际工况分配驱动轮的转矩,降低驱动轮滑转率,实现整车驱动力的优化.

高能效电液混合驱动装载机行走系统特性分析

纯电驱装载机在频繁的启制动过程中,存在严重的动势能浪费。为此,提出一种高能效电液混合动力装载机行走系统。采用伺服电机和液压驱动单元构成混合动力源,共同驱动装载机行走。通过蓄能器与液压泵/马达回收制动过程中系统动势能。通过阐述系统的工作原理、设计系统控制策略以及优化与匹配关键元件参数,在SimulationX仿真平台中构建所提系统的机电液多学科联合仿真模型,并在常用工况下对系统进行仿真分析。结果表明:相较于现有能量效率最高的纯电驱行走系统,所提系统可降低能耗23.3%,制动过程中动势能回收效率可达66.4%。

渗层强化的果园运输机驱动轮耐磨性能

为解决牵引式果园运输机绳-轮驱动系统驱动轮绳槽磨损严重而导致牵引滑移失效的问题,该研究对基于渗层强化的果园运输机驱动轮耐磨性能进行了分析。首先通过ANSYS软件探究了驱动轮表面应力应变随其硬度的变化规律;随后采用热扩散沉积(thermal diffusion, TD)技术对45钢驱动轮进行了渗钒与渗硼处理,并对渗层的显微结构、力学性能和摩擦磨损特性进行了对比分析,最后利用运输机模拟台架对渗层强化后驱动轮的应用性能进行了测试。结果表明:驱动轮渗钒层和渗硼层厚度分别为20.9和97.3μm,均与基材结合较好;且由于渗层中碳化钒、硼化铁等硬质相的存在,渗钒层与渗硼层硬度分别达到22.08和13.45 GPa,较未处理前提升3~4倍;往复摩擦试验下渗钒层与渗硼层表面摩擦系数分别为0.47、0.44,较45钢分别下降19%、24%。运输机模拟台架应用性能测试表明,干摩擦下渗钒与渗硼处理后驱动轮的平均磨损量较45钢分别降低了88%和81%,其中渗钒驱动轮表面磨损较小;油润滑下渗钒与渗硼处理后驱动轮的平均磨损量较45钢分别降低了92%和85%。综上,热扩散渗钒与渗硼处理均可大幅提高驱动轮抗磨性,其中渗钒层具有更高的硬度与耐磨性,但在应用时需进行实时油润滑,更适合对满足定时维护条件下的驱动轮进行强化;而渗硼层耐磨性虽有所降低,但可在干摩擦下使用,更适合对野外山地环境下无法满足润滑的驱动轮进行强化。该研究结果可为改善牵引式果园运输机驱动轮耐磨性提供可行技术方案。

复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制

为研究六轮移动机器人在复杂地形的运动控制方法,针对六轮独立驱动与转向机器人复杂地形轨迹跟踪问题,提出一种预测控制和动态补偿的控制方法。基于非完整约束的线性六轮移动机器人运动学模型,以模型预测控制算法为基础,引入比例-积分-微分补偿控制器,抑制动态滞后引起的跟踪误差,设计速度与转向角动态反馈补偿,以应对地形扰动对轨迹跟踪的影响。分析机器人运动过程中障碍物的避碰问题,设计可求解避障轨迹的避障规划器,通过轨迹跟踪系统对局部避障轨迹进行跟踪控制,实现机器人的轨迹跟踪和自动避碰。对轨迹跟踪算法和避障算法进行仿真实验。实验结果表明:在典型工况下,机器人可完成凹形斜坡、凸形斜坡和凹凸地形正弦型轨迹跟踪控制和静态与动态障碍物避碰,验证了新方法的有效性。

轮毂驱动用永磁同步电机电磁振动噪声研究

研究了轮毂驱动用16极24槽永磁同步电机电磁振动噪声的仿真预测方法,并通过消声室测试结果验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑各向异性材料特性的定子铁芯和带集中式绕组的定子系统等效模型,并利用力锤模态敲击实验验证了等效模型的有效性;其次,针对轮毂驱动电机总成,建立电磁-结构-声学多物理场耦合模型,仿真预测了在全负荷工况下电机辐射噪声;最后,利用消声室台架实验结果,验证了永磁同步电机电磁-结构-声学多物理场耦合模型的准确性。研究成果可进一步用于其他永磁同步电机设计开发和电磁振动噪声产生机理研究。

基于“四轮驱动模式”的大学生创新能力培养模式研究与实践

立德树人是高校的根本使命。本科阶段是科研创新型人才培养的关键时期,而学科竞赛是提高本科生科研创新能力、培养创新型人才的重要环节。基于中国矿业大学力学与土木工程学院的多年实践经验,提出了以“学科竞赛+课程建设+大创项目+制度保障”四轮驱动模式的大学生创新能力培养模式,多层次、递进式地培养大学生的创新实践能力,也能够有效鼓励学生个性化发展,促使人才培养质量从“单一型、封闭型、知识灌输型”向“复合型、开放型、能力创新型”转化,真正树立起开拓创新的科学理念,最终达到“知识和技能传授”与“科研创新素质培养”并重的教学目的。

四驱车辆交互式多模型自适应无迹卡尔曼滤波路面附着系数估计

路面附着系数对车辆动力学控制性能有重要影响,为准确实时估计路面附着系数,提高算法在不同路面及工况下的估计精度与收敛速度,本文针对分布式四轮驱动车辆,结合7自由度车辆动力学模型和Dugoff轮胎模型,提出了一种基于交互式多模型的自适应无迹卡尔曼滤波(IMM-AUKF)路面附着系数估计方法,首先将改进的Sage-Husa噪声估计器引入到无迹卡尔曼滤波(UKF)算法中,构建了自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)观测器,以对测量噪声进行实时更新并保证其协方差矩阵的正定性,同时提高新观测数据的权重,并增强算法的实时跟踪精度和稳定性;然后通过选择不同的观测变量,分别构建了车辆纵向行驶工况AUKF观测器和横纵向耦合工况AUKF观测器,并利用交互式多模型(IMM)算法进行观测器模型的切换,进而实现算法在车辆不同行驶工况下路面附着系数的准确估计。高附、低附、对接以及对开等路面仿真试验及实车道路试验结果表明,所提出的IMM-AUKF算法相比于传统的UKF算法,具有更高的估计精度与更快的收敛速度,能够适应不同工况下路面附着系数的实时准确估计。

四驱电动汽车变附着路面行驶操稳性控制研究

针对四轮驱动电动汽车行驶时路面峰值附着系数和附着利用率变化的问题,提出利用直接横摆力矩控制提高操纵稳定性的控制策略。该策略采用分层控制,上层控制器负责目标车速的追踪、滑移率调整力矩的计算、以及根据行驶危险程度实现对质心侧偏角和横摆角速度的协调控制,下层控制器包括以轮胎利用率最优为目标的分配算法及集成滑移率控制的分配算法,根据滑移率大小实时切换。Carsim-Simulink联合仿真结果表明,在对开路面行驶时,相比于转矩平均分配控制策略,该控制策略能够使车辆具有良好操稳性的同时保持各车轮处于最佳滑移率区间内,有效改善了车辆性能。

基于滑模协调控制的四轮独立电驱动车辆稳定性控制研究

针对四轮独立电驱动车辆动力学特性及驱动控制策略复杂等问题,提出了基于力矩分配系数法的驱动协同控制策略,并设计了驱动力矩滑模协调控制器,配合车辆失稳判断模块计算出车辆维持稳定所需的附加横摆力矩,同时利用载荷分配方法设计了驱动力矩最优分配控制器,基于载荷分配方法将驱动力矩分配至4个车轮,以维持车辆稳定行驶。为验证驱动协同控制策略的有效性,基于CarSim软件建立四轮独立电驱动车辆模型,并将提出的驱动协同控制策略和普通滑模控制策略进行仿真对比。结果表明:驱动协同控制策略使横摆角速度偏差降低了25%,质心侧偏角偏差降低了23%,能够满足车辆稳定性控制要求,同时降低了整车驱动力矩分配控制难度。

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%。

四驱电动赛车TCS滑模预测控制系统设计与实现

针对四驱电动方程式赛车在不同路面工况下过度打滑的问题,设计了一种结合卡尔曼滤波车速估计和滑模控制的牵引力控制系统,以提高整车直线加速性能、减小车轮打滑以保证稳定性和快速加速中的安全性;控制器以车轮滑转率为控制变量,通过调整各驱动轮输出扭矩,以保证滑转率控制在最优范围内;考虑获取准确车速是得到最优滑转率的前提,设计卡尔曼滤波器,实现车速估计;针对滑模控制自身存在的抖振问题,采用改进的指数趋近律,提高稳定性;利用Matlab/Simulink和CARSIM联合仿真,验证了该控制系统的有效性;最终完成实车测试与应用,在实际应用中实现控制系统满足四驱电动方程式赛车的快速平稳加速的工程要求。

四轮独立驱动电动汽车轨迹跟踪及稳定性协调控制

针对紧急避障轨迹跟踪和车辆稳定性多目标控制问题,以四轮独立驱动智能电动汽车为研究对象,提出一种分层结构的轨迹跟踪及稳定性控制方法,上层控制器采用线性时变模型预测控制(LTV MPC)生成期望前轮转角和附加横摆力矩,并通过PID速度跟踪将车速变化考虑到模型预测优化求解中生成总需求转矩,下层控制器采用二次规划将上层计算的广义力最优分配给四个车轮。其中,预测模型为8自由度车辆模型,被控对象为14自由度车辆模型,并建立联合工况刷子轮胎模型。不同车速,路面附着条件以及有无稳定性控制的双移线工况仿真结果表明,所提控制方法具有较好的鲁棒性和轨迹跟踪性能,极限工况下在保证车辆稳定性的同时提高了轨迹跟踪精度。