基于MPC和PID的脚轮式全向移动平台轨迹跟踪

针对现有运动控制策略无法保证独立驱动脚轮式全向移动平台位姿的高精度控制问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)和PID控制相结合的双闭环轨迹跟踪控制策略。首先,利用运动学几何关系建立独立驱动脚轮式全向移动平台在世界坐标系下的三自由度运动学模型,基于正交分解法建立平台在机器人坐标系下的逆运动学模型,以反映平台中心点速度与各个脚轮转速间的关系;其次,采用MPC并基于三自由度运动学模型设计位姿控制器,使平台对期望轨迹进行位姿跟踪,并在考虑多目标约束条件的情况下通过位姿控制器求解出最优控制量;最后,采用PID设计速度控制器,用于跟踪位姿控制器输出的期望速度,通过平台逆运动学模型计算得到期望轮速,从而驱动平台实现全向运动。通过仿真验证了所提控制策略的有效性,平台能有效跟踪直线轨迹和圆形轨迹。仿真结果表明,与通过平台转角逆运动学模型解耦驱动轮速的位置单环轨迹跟踪控制策略相比,加入速度内环后系统超调量下降97.23%,响应时间缩短36.84%。

电驱动机械变速器换挡控制器的硬件设计与测试

在电动汽车中,电驱动机械变速器(EMT)自动换挡控制系统的动态响应性能、稳定性和可靠性直接影响车辆性能。为了提升电驱动机械变速器的综合性能,要求换挡控制器(TCU)对控制系统的输入信号能实现精确测量,包括变速器输入轴和输出轴的转速和转角信号、接合套位置信号、油门踏板开度信号等,并对换挡执行机构实现精确控制。为达到设计要求,基于英飞凌XC2267M核心处理器,设计了适用于电驱动机械变速器的专用TCU,包括信号采集与调理单元、换挡电机驱动单元等。该专用TCU能对输入信号进行精确测量,并通过对换挡执行机构的精确控制,使接合套位移控制精度达到1 mm。最后通过硬件在环仿真和实车道路测试验证系统性能,为电驱动机械变速器实现快速、平稳的换挡提供了硬件基础。

电驱动换挡机构疲劳寿命试验系统设计

根据电驱动换挡机构疲劳寿命试验要求,设计开发了基于电驱动换挡机构疲劳寿命为评价指标的试验系统;并就系统的组成、工作原理和测控软件等进行了详细介绍。经试验验证,该系统稳定可靠,操作方便,很好地满足了电驱动换挡机构疲劳寿命试验的要求。目前,该系统已在多款电驱动换挡机构研发阶段取得了良好的应用效果。

电控式AMT脱挡机理分析与预防

汽车电动化是当今社会的一大趋势,与传统燃油汽车一样,脱档也是电动汽车变速器常见故障之一,直接影响行车安全。通过对电控式AMT脱挡机理进行分析,并有针对性的提出预防措施,为电动汽车自动变速器的设计开发提供参考,提升变速器总成的可靠性。

基于换挡力的换挡摇臂多目标结构设计优化

换挡摇臂是换挡执行机构的关键零件之一,其变形与疲劳寿命对于换挡执行机构的正常工作具有重要影响。文中以某型电控电动式换挡机构的换挡摇臂为研究对象,首先通过多体动力学仿真计算获取载荷谱,基于有限元仿真计算换挡摇臂的应力分布,从而计算出换挡摇臂的变形与疲劳寿命;然后基于变形和疲劳寿命分析结果,选取换挡摇臂关键几何参数为设计变量,以换挡摇臂质量和换挡摇臂变形为目标,以换挡摇臂疲劳寿命为约束条件,通过响应面法对换挡摇臂结构进行多目标设计优化。结果显示,在换挡摇臂质量减轻的同时,变形不增反减。这充分说明文中建立的模型和优化方法具有一定的工程应用价值,为换挡摇臂的设计提供了重要的理论支撑。

考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学分析

为分析电驱动机械变速器换挡过程接合套和接合齿圈的动态特性,该文建立了考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学模型。该模型中,接合套和接合齿圈在接合过程中的接触冲击由非线性接触力学模型描述,含间隙的传动齿轮非线性振动由齿轮动力学集中质量法建模描述。这2种非线性运动过程最后由统一的动力学方程耦合。考虑到接合套和接合齿圈不同的接合状态,总结了5种状态,并分别列出其耦合动力学方程,进而通过Runge-Kutta法对系统动态特性进行了仿真计算。所得的仿真结果与实验结果相吻合,证明了该模型的正确性。在此基础上,分析接合套和接合齿圈的接触冲击力,结果表明:即使仅存在微小的转速差和转角差,瞬时冲击力也高达23 800 N。该仿真结果对于接合套和接合齿圈的优化设计及提升换挡品质具有重要意义。

电动汽车无同步器变速器换挡过程主动对齿控制

无同步器电机-变速器直连系统在电动汽车应用中具有传动效率高、结构紧凑、制造成本低的优点,但是在变速器换挡过程中,接合套和接合齿圈的同步过程缓慢,甚至存在打齿或无法换挡的情况。该文通过对驱动电机转矩的主动控制,实现接合套与接合齿圈之间相对转速和相对转角的"零转速差"和"零转角差"双目标跟踪控制。为了避免驱动电机主动同步控制过程中由于频繁在驱动与制动象限内切换造成的齿间敲击,提出了以驱动电机工作象限切换次数最少为目标的最优转矩主动对齿控制算法。实车测试表明:主动对齿控制算法能够实现快速、平稳换挡,并将换挡过程的动力中断时间缩短到300 ms内。

无同步器的电机-变速器直连系统换挡过程建模与控制

换挡过程的动力中断和冲击是制约多挡位变速器系统在纯电动汽车中大规模应用的主要原因。该文以无同步器的电机-变速器直连系统为研究对象,运用多体动力学原理建立能够准确描述其换挡过程动力学特性的混杂自动机模型;基于该模型各个阶段的动力学特性,设计了转速主动同步与转角主动同步协同的换挡控制策略,在换挡过程中实现了接合套和接合齿圈的转速与转角的精确同步。仿真实验结果表明:换挡过程的混杂自动机模型与实际过程相符,换挡控制策略能够使无同步器的电机-变速器直连系统实现快速、无冲击的换挡,将动力中断时间缩短到350 ms内。

机械式自动变速器换挡拨叉运动状态估计

机械式自动变速器受到换挡拨叉运动状态估计精度低的限制,换挡拨叉运动过程的控制精度无法得到进一步的提高。为了解决上述问题,本文提出了基于中值-卡尔曼混合滤波的换挡拨叉运动状态估计方法,并研究了中值-卡尔曼混合滤波方法中关键参数对估计效果的影响。仿真实验证明了本文方法用于换挡拨叉运动状态估计时优于传统方法,其速度估计精度提高了95%。台架实验证实本文方法比传统方法降低了82%的速度估计误差,从而为高速运动状态下的换挡拨叉控制提供了高精度的运动状态反馈信息。