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.

基于液压夹轮制动的门式起重机抗风防滑装置研究

门式起重机作为货物装卸机械的主要机型之一,其动态抗风防滑性能是安全使用的关键因素。针对当前动态抗风防滑装置的研究现状,通过分析液压夹轮器防滑机理,利用传感器技术、液压系统和夹轮器,研发一种门式起重机动态液压抗风防滑装置,实现在带电、停电状态下全过程实施制动,制动响应用时短,能满足不同型号起重机抗风防滑需求。通过试验检测,验证了方案可行性与稳定性,已授权实用新型专利。该装置具有较大的推广价值,为相关门式起重机抗风防滑装置的开发设计提供了参考。

基于遗传算法的实测轮轨蠕滑曲线模拟

轮轨黏着-蠕滑特性直接影响着轮轨系统的工作性能和列车的运行安全。为在轮轨接触数值模型中合理地表征实测黏着-蠕滑曲线的影响,在KP模型和改进FASTSIM模型的基础上,提出了黏着-蠕滑特征参数初值计算方法,结合遗传算法设计参数拟合过程并选取合适的适应度函数,形成了一种获取描述轮轨黏着-蠕滑特性特征参数的通用方法,随后以160 km/h速度的实测蠕滑数据为例,分析对比了本文算法拟合蠕滑曲线的计算效率及与理想工况下局部接触结果的差异。研究表明:(1)本文提出的算法在拟合不同速度工况对应的实测黏着-蠕滑曲线时均具有较高的精度,提出的拟合特征参数取值范围提高了遗传算法收敛速度,与遍历法相比计算速度提高18.5倍;(2)考虑潮湿环境实测轮轨黏着-蠕滑曲线时,轮轨黏滑分布、切向接触应力较干态理想工况有显著差异,主要体现在接触斑最大切向接触应力减小、滑动区面积随蠕滑率增大的速度减缓等。本文算法满足车辆-轨道耦合动力学数值仿真要求,可更真实地模拟实际环境条件下的轮轨相互作用。

基于LESO的轮式移动机器人滑模轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人在车轮打滑情况下的轨迹跟踪控制问题,提出了一种利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)和积分滑模面的控制方案。首先,根据车轮打滑情况下的非完整约束条件建立轮式移动机器人的运动学模型。根据动能函数和拉格朗日方程建立其动力学模型。将这两种模型相结合得到力矩与速度相关的数学模型。其次,利用LESO对该数学模型进行扩张,并对总扰动进行估计。基于实际速度与虚拟速度之差设计带有积分项的滑模面,将扰动估计值前馈结合滑模面设计动力学控制器,并给出速度跟踪误差在有限时间内收敛的证明。最后,与基于超螺旋干扰观测器设计的控制方案仿真相比,所提出方案角速度跟踪误差在1 s左右时已趋于零,车轮力矩值稳定在3 N·m左右,且无锯齿抖动,扰动误差在1~5 s时波动更小,5~20 s时未出现明显锯齿抖动,仿真结果表明所提方案跟踪效果更好,抗干扰能力更强,观测精度更高。

柔性腿无缘轮黏滞-滑动过程的被动动态行走运动特性分析

为了分析存在摩擦力情况下柔性腿无缘轮的运动步态,分析了柔性腿无缘轮黏滞与滑动两种运动状态相互转换的条件,通过拉格朗日第一类方程建立了系统的动力学模型,在建模时解除了单支撑阶段的切向约束条件,增加了摩擦力项以实现当摩擦力不足时的滑动状态建模.分析了不同摩擦因数下柔性腿无缘轮的运动步态情况,发现了最多可能产生4种运动行为.研究了不同步态对于系统能量的影响,并发现滑动的产生增加了系统在单支撑阶段的动能.利用Newton-Raphson迭代法和庞加莱映射发现了4种运动行为均存在不动点并且轨迹稳定,同时发现柔性腿无缘轮具有滑动的步态有着良好的鲁棒性.通过研究不同初始动能对系统滑动步态的影响,发现了系统动能或者角速度在一定的范围内存在一个极小的停滞区间,使得系统单支撑阶段在通过直立平衡面附近时会产生长时间的滑动,导致系统的不稳定.

车轮打滑对2万吨重载列车纵向冲动影响分析

针对低黏着接触条件下车轮滑行所引起的列车纵向冲动问题,文章建立了“1+1”编组2万吨重载列车-轨道垂纵耦合动力学模型,对比分析电制动工况下不同轮轨接触状态对2万吨列车纵向冲动的影响,分别计算了车轮发生滑行位置和电制动力载荷大小对纵向冲动的影响规律。结果表明,在电制动运行工况下,当列车施加100%电制动力时,列车在湿润、油污和冰雪接触条件下均检测到了车轮滑行,在25%~75%电制动工况下列车仅在冰雪接触条件下检测到了车轮滑行;车轮滑行导致了车钩力的波动,特别是中部机车发生车轮滑行时会引起其前、中、后部车钩力较大幅度波动,并增大中部机车前部车辆压钩力,严重影响列车的平稳运行;随着制动力的降低,低黏着接触状态下的车轮滑行对最大车钩力的影响明显减小。

侧滑和打滑下的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对未知侧滑和打滑干扰下轮式移动机器人(WMR)轨迹控制中,存在模型不确定性、外部干扰等扰动导致传统滑模控制易出现收敛精度不足、控制输入抖振的问题,提出一种基于非线性扩展状态观测器的自适应二阶滑模跟踪控制方法(ASOSMC-NESO)。首先建立了侧滑与打滑条件下的轮式移动机器人运动学和动力学模型;其次,由反步法设计运动学控制器,为动力学提供虚拟速度;接着,针对外部干扰设计了非线性扩展状态观测器,以估计总扰动;然后,基于二阶积分滑模的思想将积分滑模和非奇异快速终端滑模面相结合,设计了动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析。实验结果表明,对比一阶滑模控制方法,该控制方法误差最大值在线性和非线性轨迹下,分别下降约89.53%和16.28%,而且控制输入基本不受干扰影响。由此可见,ASOSMC-NESO能有效提高WMR在未知侧滑和打滑下的控制精度,并有效削减抖振和提升WMR轨迹跟踪鲁棒性。

基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法研究

地铁车辆在完成防空转/滑行试验后,通常通过计算防空转/滑行效率来评价车辆防空转/滑行的性能,目前地铁车辆关于防空转/滑行效率缺少统一的计算方法。为解决该问题,文章系统介绍了轮轨黏着机理及特性,对比分析了既有车辆黏着控制策略和防空转/滑行效率计算方法,建立了车辆牵引和制动工况力学模型并提出了一种基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法。与现有防空转/滑行效率计算方法相比,该方法同时适用于防空转试验和防滑行试验效率计算,排除了车辆运行阻力对计算结果的影响,在不同试验工况下的计算结果一致性较好。

考虑滚动半径差异的适时四驱汽车限滑控制策略

结合小备胎识别和轮速补偿技术,设计了基于前、后轴附着率相等的限滑前馈控制和基于轴速差的限滑反馈控制,搭建了适时四驱汽车动力学仿真平台,对小备胎识别、轮速补偿、限滑控制的有效性进行了验证。实现了适时四驱汽车中央差速及差速限滑功能,提高了车辆的动力性和行驶稳定性,避免了因滚动半径差异导致的限滑控制功能误触发,解决了因备胎滚动半径小而导致的电控多片离合器异常磨损、烧蚀等问题。

路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率的测试与分析

为测试拖拉机经常行驶的水泥路面、石子路面、软土路面工况驱动轮滑转率的变化情况,采用GPS法、雷达法、最小轮速法3种方法对拖拉机的行驶速度进行测试,驱动轮的轮速采用编码器进行测量;利用PCI1740数据采集卡采集各传感器信号,采用图形化编程软件Labview编程来实现数据的实时显示和存储,测试不同车速、不同路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率。结果表明：软土路面上的打滑程度最大,水泥路面上打滑程度最低;在低速（一档、二档）时,拖拉机的滑转率为9.0%~13.6%;在高速（三档、四档）时,拖拉机的滑转率为3.26%~6.27%。GPS法测试时不受路面情况的影响,雷达法适合路面情况较好的环境,最小轮速法适合车速较高的时候;拖拉机的滑转率随着车速的增加呈减小的趋势。

基于应力分布的月球车轮地相互作用地面力学模型

轮地相互作用地面力学在月球车的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,是目前基于动力学进行月球车相关研究的瓶颈。基于此,利用针对月球车开发的车轮—土壤相互作用测试系统进行试验,结合试验数据对传统车辆轮地相互作用正应力和切应力分布模型进行修正,并分析月球车轮刺高度对应力分布的影响,从而提出随滑转率变化改变沉陷指数的经验公式,以反映土壤侧向流动等引起的滑转沉陷。对应力分布公式积分得到集中力/力矩计算模型,并结合试验数据进行验证。在载荷为80N,滑转率从0.05增加到0.6时,模型对于车轮垂直载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与试验数据相比,相对误差不超过10%。模型能够反映滑转沉陷和轮刺效应,可以有效地用于月球车轮地相互作用力学的计算。

驱动轮滑转率曲线的一种统计方程

用包含两个特征数的指数方程拟合试验滑转率曲线,并根据大量国内牵引试验资料的统计,得出了一种驱动轮滑转率的统计方程。方程考虑了驱动轮直径、宽度、垂直载荷和土壤圆锥指数值。文中详细说明了统计方法并给出了几种不同类型地面的统计结果。

电动轮驱动汽车的最佳车轮滑移率实时识别

根据汽车轮胎与路面的附着特性及电动轮驱动系统的特点,提出了电动轮汽车驱动轮对应最大附着系数的滑移率实时识别方法。该方法利用包括车轮驱动转矩和转速在内的车轮动力学参数表达轮胎与路面之间的附着特性。通过计算其导数变化来检测车轮滑转状态,从而获得最大附着系数所对应的滑移率。通过仿真及实车试验对本文方法进行了验证,结果表明其可实时准确地判断车轮是否打滑,并输出最佳滑移率及最大附着系数。

拖拉机驱动轮滑转率估算法与验证

拖拉机作业环境恶劣,测量信号容易受到噪声干扰,其滑转率的计算过程对于输入信号的相对误差有极强的放大作用,因而造成其滑转率难以精确测量。该文提出带噪声观测器的变结构并行自适应数据融合算法,对轮速传感器、角加速传感器、车身加速度计和全球定位系统的信号进行融合,在不需要先验误差统计规律的前提下实现了对拖拉机驱动轮滑转率的在线精确估计。仿真测试结果证明:采用信息融合方法求得的驱动轮滑转率信号几乎与理论值曲线重合且鲁棒性好,平均误差为中值滤波的1/10左右,为卡尔曼滤波的1/5;算法的噪声观测器能够实时估算测量信号的白噪声方差,求得的稳态平均方差与已知精确先验误差的卡尔曼数据融合算法无明显差异;在从动轮速度信号受到有色随机噪声干扰的特殊工况下,算法的信息融合机制能够补偿大部分由有色噪声干扰造成的误差。实测试验证明:在拖拉机稳定工作工况,在线求得的测量信号噪声方差均值在5%的范围内波动,采用数据融合算法求得的驱动轮滑转率误差均值为0.012,误差绝对值最大值为0.027,与离线拟合得到的参考值非常接近。该研究为拖拉机实现精确控制提供了参考,其在线测量信号方差统计方法为拖拉机总线网络的传感器信息共享提供了技术基础。

双电机后轮驱动混合动力汽车电子差速控制的研究

针对双电机后轮驱动混合动力汽车电子差速的控制问题,考虑车辆转向时轴荷转移、向心力和轮胎侧偏角的影响,以车轮的滑移率为控制目标,提出了基于门限值控制的电子差速控制策略,并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真。结果表明,该电子差速控制系统可在车辆直线行驶和转弯时将滑移率控制在最佳范围内,使车辆能按照预定方向稳定行驶。

列车空气制动防滑控制及其仿真

列车在制动过程中,如果轮轨间滑移率超过了最佳滑移率,车轮就会打滑甚至空转,损伤车轮和轨道。为避免这种现象的产生,建立了制动气缸压力的非线性模型,利用干扰观测器对黏着系数进行估计,运用递归最小二乘法预测切向力系数与滑移率关系曲线的斜率,采用滑模变结构与逻辑门限值相结合的控制方法对系统进行控制。仿真结果表明,这种方法能够有效地使车轮圆周方向的切向力保持在最大值附近,使滑移率保持在最佳值附近,防止因车轮打滑而损伤轮轨,达到了期望的控制效果。

基于制动系统的汽车车轮滑移率控制研究现状

在分析了轮胎滑移率控制在汽车动力学控制中的作用,指出了被控车辆的非线性和时变性及其制动系统的非连续性和滞后是造成滑移率控制困难的主要原因的基础上,从制动系统、控制方法和研究手段3个方面概述了基于制动系统的轮胎滑移率控制研究现状,并提出了未来滑移率控制研究的主要方向。

一种在驱动轮打滑情况下爬壁机器人动力学建模方法

分析了轮式爬壁机器人(WWCR)在壁面作业容易发生打滑的原因,在建立其理想纯滚动假设条件下的动力学模型基础上,基于车辆动力学理论,引入单个驱动轮的动力学方程,提出了一种在驱动轮打滑情况下WWCR的动力学建模方法.仿真算例表明,吸盘吸附力和壁面附着系数对WWCR运动轨迹影响非常大;在复杂的壁面环境下,可通过对吸盘吸附力和驱动轮力矩的协调控制,合理调节轮子的打滑程度,获得尽可能大的附着系数,并弥补打滑造成的运动轨迹偏移,从而获得良好的壁面运动性能.该建模方法为WWCR在打滑情况下的运动控制和路径规划提供了理论研究基础.

移动机器人RBF神经网络自适应PD跟踪控制

针对轮子打滑条件下的轮式移动机器人,提出了一种基于径向基函数(Radical BasisFunction,RBF)神经网络自适应的比例微分(ProportionalDifferential,PD)跟踪控制策略。首先,建立了轮式移动机器人在打滑条件下的动力学模型。其次,利用反步法设计运动学控制器,基于动力学模型设计PD控制器,采用带有参数自适应的RBF神经网络对打滑下的动力学模型中的参数和非参数不确定性进行了前馈补偿,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性。最后,对本文提出的控制方法进行了仿真对比实验。实验结果表明,该控制方法能够较好补偿机器人轮子打滑下的不确定性影响,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性。

汽车单轮防抱制动系统的设计与开发

介绍了自行设计并开发的适用于 BJ2 0 2 0车型的单轮防抱制动系统的硬件系统 :轮速传感器、制动力调节装置和电子控制器 ,及其开发的系统控制软件 .通过在转鼓试验台架上进行的一系列试验证明 :该防抱制动系统不仅能够达到防止车轮在制动时抱死的目的 ,还能较准确地控制车轮的运动状态 (滑移率 )