四轮转向汽车闭环LQR控制仿真研究

为了提高四轮转向(4WS)汽车的操纵稳定性和主动安全性,建立汽车二自由度四轮转向模型和系统状态方程,应用LQR最优控制理论建立了以横摆角速度和质心侧偏角为优化目标的四轮转向线性控制二次型最优控制模型,并基于路径跟踪策略建立预瞄驾驶员方向控制模型。基于"人-车-路"闭环控制系统,在Matlab/Simulink、CarSim联合仿真环境下对普通前轮转向、前后轮转角比例控制、LQR控制的控制效果进行验证。结果表明:LQR控制器能够很好地改善汽车质心侧偏角和横摆角速度的动态响应特性,高速控制效果最佳,基于LQR控制的4WS汽车具有更好的道路循迹能力、高速稳定性和主动安全性。

汽车可调尾翼控制系统样机改进设计

可调尾翼系统(DRS)是基于赛车或超级跑车开发的提升车辆行驶稳定性的重要装置。针对在用可调尾翼系统样机试验测试中的不足,实现系统的全新改进设计,选用双舵机替代四连杆机构,由双舵机分别驱动两片襟翼;在车速、制动工况输入信号的基础上再增加加速踏板位置输入信号;基于舵机的反馈功能,增加PID闭环控制环节。结合大学生方程式赛车(FSAE)的规则与实际需求,以飞思卡尔单片机为平台,以嵌入式系统为核心,实现全新的可调尾翼系统样机软硬件开发。通过系统样机调试和试验,经验证改进设计的可调尾翼控制系统性能稳定,满足开发要求,较大地提升了赛车的空气动力学性能。

基于Matlab CAN通信的汽车转向模拟器实时监控系统设计

汽车转向模拟器是实现人-车硬件/软件在环仿真试验的关键装置。文章基于Matlab图形化用户界面(GUI)设计了转向模拟器监控系统,利用Matlab的车载网络工具箱,通过CAN通信协议实现转向模拟器与PC机之间的实时通讯。系统界面简单,操纵方便,通过参数配置实现转向模拟器不同的工作模式。实验结果表明,系统运行快速稳定,以100Hz的频率收发报文和10Hz的频率更新界面显示,能够精准的控制转向模拟器在不同的工作模式下运行。

新型液电式汽车防误踩加速踏板装置研究

为了防止汽车驾驶人在紧急制动情况下误踩加速踏板而造成交通安全事故,利用正常驾驶时踩加速踏板的作用力小而紧急制动情况下踩制动踏板作用力大的差异,设计了防误踩加速踏板装置。阐述新型液电式防误踩装置的结构原理,完成了防误踩加速踏板装置的结构设计;建立了液电式防误踩装置试验台,并对防误踩加速踏板装置的有效性进行了台架试验验证。台架试验结果表明,该装置结构简单可靠,制动反应灵敏,可有效地防止误踩事故的发生。

纯电动汽车性能综合评价方法研究

电动汽车的性能评价在新产品开发与市场推广中起到关键性的作用。针对纯电动汽车动力性和经济性的综合评价方法进行研究,通过分析纯电动汽车动力性和经济性的主要影响因素,利用层次分析法建立电动汽车动力性和经济性的综合评价模型,最后针对两家厂商的同一级别的车型的动力性和经性进行评价打分,并利用所设计的模型进行计算,分析得到车辆的综合评价。结果表明:设计的综合评价模型所计算出的结果与各分项指标的分析结果一致,可以获得动力性和经济性的综合评价,为纯电动汽车的性能评价提供参考。

基于UTMD的汽车自动驾驶的路径规划寻优算法

为在汽车自动驾驶中路径规划中能兼顾运算的实时性和可靠性,设计了一种智能仿生算法的路径寻优算法。该算法基于超声靶向微泡破坏(UTMD)算法的原理。迭代运算分为靶标圈定、微泡迭代、微小核糖核酸(miRNAs)迭代。圈定靶标,以便有效减小路径搜索范围。利用非线性函数Rastrigin对该算法进行验证。分析了迭代次数的设定方式,并采用程序自检的方式进行自行跳转。将该算法运用到二维路径规划中,并在Matlab中进行模拟。结果表明:与Dijkstra算法相比,该UTMD算法所规划的路径长度缩减4.52%。因此,该算法可有效地应用于汽车自动驾驶。

基于LabVIEW的汽车悬架无线动态数据采集系统

开发设计一套基于Lab VIEW的汽车悬架无线动态数据采集系统。利用数据采集卡NI9215的BNC接口实现与传感器的连接,通过通讯数据发射器NI WLS-9163实现与监控计算机的无线连接,基于Lab VIEW编写程序,完成汽车减震器压缩量数据实时采集、记录和回访功能,再通过对压缩量数据的计算分析,实时获取车辆轮胎跳动曲线、轮胎载荷谱以及车轮振动频谱曲线等信息。试验证明系统准确可行,符合实际情况,实现了车辆悬架系统动态数据的监控与分析,解决了传统数据采集模块布线困难、装机复杂等缺点,具有一定的实用性。

EPS系统汽车操纵稳定性人-车闭环联合仿真

在深入研究EPS系统结构及工作原理基础上,建立了EPS数学模型,结合查表法设计了最优助力特性曲线;基于Matlab/Simulink建立了PID控制模型、EPS仿真模型和补偿驾驶员模型;联合CarSim整车模型、EPS电动助力转向模型和驾驶员模型,搭建人-车闭环控制动力学系统,研究不同年龄段驾驶员反应时间、相同年龄段驾驶员不同行驶速度分别对整车操纵稳定性的影响。结果表明,各年龄段驾驶员反应时间越短,汽车所表现出的操纵稳定性越好,相同年龄段驾驶员行车速度越高,汽车所表现出的操纵稳定性越差。

基于MC9S12XHZ256的汽车数字组合仪表开发

汽车组合仪表为司机提供实时的车辆运行参数和故障信息,对汽车行驶安全有着重要的作用。本研究旨在开发一款基于单片机的现代化汽车数字组合仪表。依据12V车辆仪表的功能需求,制定了汽车组合仪表的整体设计方案,完成了以MC9S12XHZ256为核心控制器的硬件电路板制作,实现了步进电机、指示图标、按键、蜂鸣器、显示屏等模块的软件编程控制,并利用调试设备进行功能验证。结果表明,开发的汽车数字组合仪表工作稳定、满足设计需求,具有集成度高、性能可靠、兼容性好等优点。

圆柱刚体滚动的动力学分析

刚体滚动是理论力学中常见的问题,其摩擦力的分析一直受到研究者关注.笔者对圆柱刚体滚子受到任意集中力作用下的运动情况进行了分析,事实上只要圆柱刚体未离开支撑面,起实质作用的只有平行于支撑面的集中力分量,进而得到了相应情形下滚子的角加速度和质心加速度表达式,并研究了滚子角加速度和质心加速度的极值问题,从而提出了摩擦类型判别函数式;并对无摩擦条件下圆柱刚体的滚动状态进行了探讨;最后对滚子静止不动、原地打滑、纯滑动等特殊运动情况作了讨论.

考虑路面附着系数和车速的AFS可变传动比设计

为了提高车辆在低速转向轻便性和高速转向稳定性,提出了一种基于车速和路面附着系数的转向系统可变传动比函数。分析了转向系统理想传动比曲线设计过程、主动前轮转向(AFS)系统的传动机构,提出的解决方案包括:1)根据车辆实际的横摆角速度增益与理想横摆角速度增益之间的误差变化规律对理想横摆角速度增益进行修正;2)综合考虑车速和路面附着系数对转向系统传动比的影响,推导路面附着系数、车速与转向系统传动比之间的函数关系。在Carsim/Matlab中搭建变比转向系统仿真模型,并进行仿真。结果表明:所设计的传动比函数可以根据不同车速和不同路面附着系数计算出合理的传动比。在低附着路面,可提高车辆的操纵稳定性和转向轻便性。

电动助力转向系统仿真与控制策略研究

通过对电动助力转向系统的研究,分别建立了折线型助力特性曲线、动力学仿真模型、包含基本助力、PID、PWM组成的EPS控制器模型,仿真分析了目标电流的跟踪特性、验证分析了助力特性,分析了EPS系统的转向轻便性和路感特性。仿真表明,实际电流对目标电流跟踪效果较好,转向轻便性得到改善,车速提高后,驾驶员获得了较强的路感,车速越高助力电动机提供的助力转矩越小,控制策略合理有效。

基于嵌入式设备的高效车载360环视融合软件方案设计

针对车载360环视应用场景对实时性的较高要求,提出了一种基于嵌入式设备的高效环视融合方案。该方案结合了环视图像矫正、俯视变换和环视融合三个步骤,建立了采集到的原始图像与最终环视图像之间的像素查找关系,并在多种车载嵌入式平台上进行了验证。结果表明:该方法相比传统方法能够有效降低图像处理的计算量,从而大幅降低嵌入式设备的环视融合延时,优化后平均每帧处理的时间可缩短至优化前的二分之一以下。

基于LQR的断开式可调尾翼系统高速操纵稳定性研究

为了提高汽车的高速操纵稳定性能和主动安全性,设计了一种主动空气动力学控制系统--断开式可调尾翼系统。建立了包含断开式可调尾翼系统的线性二自由度整车模型和非线性Carsim模型,由线性二自由度模型设计了以跟踪期望稳态横摆角速度和侧向加速度为设计目标的线性二次调节器(LQR)控制器,实现对断开式尾翼系统左右部分攻角的主动控制。通过非线性Carsim模型与Simulink联合仿真对比分析了汽车在中高车速单移线、阶跃工况下的瞬态响应,并对断开式可调尾翼系统的控制效果进行了验证。结果表明,断开式可调尾翼系统提高了高速车辆的横向稳定性和主动安全性,并且随着车辆速度的增加,提升效果明显变好。

基于非光滑单元体结构的车身气动特性研究

利用计算流体动力学的方法,对光滑表面MIRA阶梯背模型进行了外流场数值模拟与试验验证;根据仿生非光滑表面减阻理论,确定了凹坑型非光滑单元体的布置位置及尺寸,并对凹坑型非光滑单元体结构因素对减阻特性的影响进行仿真分析;并基于正交实验设计对凹坑型单元体的结构因素进行优化,仿真表明最优结构组合的减阻率可达10.54%;最后从压差阻力、诱导阻力和摩擦阻力3个方面对凹坑型非光滑单元体最优结构组合改进前后的减阻机理进行了对比分析,显著提高了车身的减阻效果。

客车平顺性仿真及优化

以某客车为研究对象,在ADAMS/Car中建立了该客车整车的多体动力学模型,并分析它在4种不同路面道路上行驶平顺性。通过分析可知,该客车在水泥道路上行驶时舒适性较差。利用ADAMS/Insight对该客车前后轮弹簧刚度和前后减振器阻尼参数进行优化,有效降低了客车在水泥道路上行驶时的总加权加速度均方根值,提高了该客车在水泥道路上行驶时的舒适性。

改进强化学习算法应用于移动机器人路径规划

为了解决传统的强化学习算法应用于移动机器人未知环境的路径规划时存在收敛速度慢、迭代次数多、收敛结果不稳定等问题,提出一种改进的Q-learning算法。在状态初始化时引入人工势场法,使得越靠近目标位置状态值越大,从而引导智能体朝目标位置移动,减少算法初始阶段因对环境探索产生的大量无效迭代;在智能体选择动作时改进ε-贪婪策略,根据算法的收敛程度动态调整贪婪因子ε,从而更好地平衡探索和利用之间的关系,在加快算法收敛速度的同时提高收敛结果的稳定性。基于Python的Tkinter标准化库搭建的格栅地图仿真结果表明,改进的Q-learning算法相较于传统算法在路径规划时间上缩短85.1%,收敛前迭代次数减少74.7%,同时算法的收敛结果稳定性也得到了提升。

某轿车副车架轻量化

为满足副车架轻量化要求,同时保证副车架的动、静态性能,采用碳纤维材料替换原钢质材料的方式。对轿车原副车架进行静力分析及模态分析,在保证碳纤维车架动、静态性能的条件下,对碳纤维材料铺层角度及各层厚度进行优化,并将碳纤维车架与原车架静力分析结果进行对比。结果表明:碳纤维副车架模型的静、动态性能达到了设计要求,质量减轻了89.15%,轻量化效果明显。

一种盘形凸轮轮廓曲线绘制装置的设计

针对盘形凸轮轮廓曲线绘制过程复杂、精确度低和参数对应关系不直观等问题,设计一种可连续、准确绘制盘形凸轮轮廓曲线的装置。利用凸轮轮廓曲线反求原理,结合机械运动的变换、合成与分解,对装置的传动方案和总体布置进行设计;通过分析装置的运动特征,对传动机构、基圆调整机构和偏心距调整机构等进行设计。在MATLAB中仿真对比绘制曲线与理论曲线,并在CATIA软件中建模仿真并制作实物,结果表明:所设计的凸轮轮廓曲线绘制装置可实现凸轮轮廓曲线绘制、基圆半径调整和偏心距调整等功能,验证了设计的可行性。所设计的凸轮轮廓曲线绘制装置操作简便,可准确清晰地绘制出凸轮轮廓曲线,提高了凸轮轮廓曲线的绘制精度和凸轮轮廓曲线分析的直观性。

巴拿赫空间中演化过程非一致指数二分性的Datko-Pazy型定理

基于Lyapunov范数研究了巴拿赫空间中演化过程的非一致指数二分性,借助Datko-Pazy方法,得到了演化过程满足非一致指数二分性的若干连续与离散形式的充要条件。所得结果推广和完善了指数稳定性与指数二分性理论的部分已有结果。