基于状态变换法的车辆悬架系统时滞反馈控制

为了提高车辆行驶平顺性和稳定性,研究悬架系统中时滞补偿控制效果,本文以赛欧轿车悬架系统为基础,建立2自由度车辆半主动悬架系统模型,设计了时滞反馈控制器,采用理论与试验相结合的方法对系统时滞反馈控制特性进行研究。首先建立含时滞的悬架系统动力学方程,采用常微分理论和多项式判别方法分析系统稳定性,并通过时域与频域仿真对结果进行验证。研究表明:采用传统二次型最优控制律对含时滞的悬架系统进行控制,当系统控制时滞较大时,系统定性特性可能会发生改变,甚至会失稳发散。为保证系统的稳定性,采用状态变换方法设计时滞反馈最优控制律,仿真表明采用该控制律不仅可以保证系统稳定性,系统的减振特性亦有改善。最后搭建了悬架时滞反馈控制平台,基于时域辨识方法测得系统固有时滞为0.065 s,通过对相同工况下仿真结果与试验结果进行对比,发现两者具有较好的一致性,误差在15%以内,满足业内使用要求,表明研究可信,结果可为主动/半主动车辆悬架控制器实际设计应用提供参考。     

不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性影响的时域模型仿真分析及试验研究

为了考察不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性的影响,构造了一种能同时反映不平路面对车辆的垂直与纵向激励状况的随机接地印迹轮胎模型,建立了其相应的车辆动力学模型,并在确定性函数路面激励状况下对该模型进行了时域仿真,分析了其对挂接车辆牵引架动态纵向力的影响。仿真分析结果与试验结果相吻合。     

车辆半主动悬架系统的设计与试验研究

设计了可调阻尼减震器,通过台架试验,分析其动态特性,并建立了可调减振器阻尼与步进电机转角之间的关系,为半主动悬架控制系统设计提供了依据。在对半主动悬架系统进行数值仿真的基础上,开发了以C8051F005单片机为主控件的半主动悬架模糊控制系统,并进行了台架和实车道路试验。结果表明,设计的半主动悬架及其控制系统性能稳定,可靠,汽车行驶平顺性明显优于传统被动悬架,为半主动悬架的实际应用奠定了基础。     

基于人工鱼群算法的车辆平顺性优化分析

平顺性是汽车重要特性之一,平顺性优化分析属于组合优化问题,同时其非线性特性导致优化实质上是一个非线性多峰的优化问题,为了有效解决此类复杂优化的求解问题,近年来基于随机搜索优化算法建立了一种新型的人工鱼群算法。该文将人工鱼群算法应用到汽车平顺性优化分析研究中,以某8×4载货车为研究对象,建立9自由度汽车平顺性模型,对影响汽车平顺性的重要参数进行优化分析。优化结果表明,加速度均方根平均下降16.82%,在60 km/h时下降最大,加速度均方根下降21.24%,有效提高了重型车的平顺性能。因此,利用该模型可对汽车平顺性进行预测或评估。     

车身高度与可调阻尼集成控制系统

为改善车辆的整车减振性能,建立了车辆8自由度整车数学模型,提出了车辆车身高度与阻尼集成控制的理论分析及计算方法,并设计了可调阻尼减振器及车辆空气悬架集成控制系统。在仿真计算基础上,进行了实车道路试验,分析了车辆集成控制的电控空气悬架及其控制系统对整车动态特性的影响,计算和试验结果基本吻合,实现了车身高度与可调阻尼减振器集成控制的空气悬架与整车的良好匹配,提升了车辆的综合性能。该研究验证了集成控制策略的有效性,同时为电控空气悬架系统研究奠定了基础。     

基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法

摩托车车架的疲劳可靠性是摩托车整车最重要的性能之一,为了对摩托车车架的疲劳可靠性进行准确高效的分析和评价,提出了基于时频域误差加权和力-位移混合控制的摩托车车架多轴道路模拟试验方法,结合采集的实际行驶道路载荷谱和开发的车架多轴道路模拟试验台,采用时域和频域误差加权系数均为0.5的力-位移混合控制多轴道路模拟试验使摩托车车架实际行驶道路载荷谱模拟迭代精度达到93%,并提取了多轴道路模拟激励谱。基于摩托车车架多轴道路模拟试验系统,利用HYPERWORKS有限元分析软件和MSC.ADAMS多体动力学仿真软件,建立了摩托车车架刚柔耦合多轴道路模拟虚拟试验平台,以多轴道路模拟激励谱为输入进行了仿真分析,并采用多轴道路模拟试验进行了结果验证,从而建立了基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法。结果表明,仿真结果和试验结果在时频域中趋势和幅值都吻合很好,时域曲线几乎重合,只是频域曲线在13 Hz和24 Hz附近幅值略有差异,但频域曲线均方根值误差均在10%之内,基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法能够对摩托车车架疲劳可靠性进行高效准确的考核。     

多电平逆变器三段法空间矢量脉宽调制算法设计

为解决传统七段法空间矢量脉宽调制(SVPWM)在高电平电力逆变器中应用受限的问题,该文提出了一种优化开关系统算法,即三段法SVPWM算法。优化算法采用了一种新型三角形划分法和60°坐标系。分析了附加开关的产生原因、最小化机理,详细表述了三段法开关序列的设计步骤并辅以实例。与传统七段法相比,三段法开关序列设计灵活,可最小化器件开关频率,降低开关损耗。在五电平级联型逆变器上对该调制策略进行了仿真研究,结果验证了该法的有效性和优越性。     

基于水培生菜力学特征的成熟度分类方法

为了能准确识别生菜的成熟度,实现生菜适时采收,避免因采收期不当而造成品质下降等问题,该研究提出用穿刺试验力学特征表征水培生菜成熟度的方法,提取同一颗生菜不同叶片的不同部位时域和频域的力学特征,得到叶片力学特征与叶片成熟特性指标的相关性。为了对水培生菜未成熟株、成熟株、过成熟株进行准确分类,设计双阈值深度遍历算法,确定分类准确率最高的叶片类型和区域;采用6种机器学习算法以该区域所有的力学特征为输入,以成熟度3种分类为输出进行训练。试验结果表明,生菜叶片力学特征与成熟度特性指标紧密相关,生菜中叶叶茎区域分类准确率最高,可优化集成分类机器学习算法准确率最高为94.3%。研究结果提供了一种应用力学特征解决水培生菜成熟度检测与分类的新方法。     

基于xPC快速原型的LMS算法在道路模拟振动台中的应用

针对道路模拟振动台加速度波形复现跟踪精度较差的问题,提出了基于LMS（least mean square）自适应滤波算法作为道路模拟振动台的伺服控制系统的前馈环节,LMS自适应算法通过调节有限长冲击响应FIR数字滤波器的权值,也即调节前馈控制器的参数,以提高加速度波形复现的精度。对单通道道路模拟振动台进行数学建模,并采用PID和LMS两种控制器对控制系统进行了设计与仿真。仿真结果表明,自适应滤波算法LMS跟踪精度远远高于传统的PID控制器,并且具有在线调节FIR滤波器权值的优点。最后,采用xPC Target快速原型软件进行了试验验证,试验结果表明,基于LMS控制策略提高了道路模拟振动台加速度波形复现的精度,利用所提出的控制策略可以成功地进行道路模拟加速度波形复现试验。     

振动压路机用于不同土壤地面的平顺性评价

实际工况中振动压路机车轮会在各种土壤地面上作业和行驶,为了评价振动式压路机在不同土壤路面上的行驶平顺性,该文针对车轮―不同土壤地面的接触分析,建立了某单钢轮振动压路机非线性动力学模型;描述了振动轮在弹塑性土壤下压实对前车架产生垂直激励力.基于Adam D和Kopf F的弹塑性土壤模型,建立了振动轮在作业时的三自由度振动模型;采用软性土壤地面的Bekker假设,建立了轮胎―变形土壤地面接触模型.对建立的非线性动力学模型进行了仿真,并根据ISO2631-1:1997(E)标准分析与评价了不同路况、工况和速度对驾驶员乘坐舒适性的影响.结果表明,刚性路面不平度等级对振动压路机行驶平顺性有较大影响,路面等级越差,驾驶员的主观感觉越不舒适;路面的变形对驾驶室水平晃动有较大影响,土壤路面越软,驾驶室晃动越大;弹塑性土壤对振动压路机的影响表现在低频工况压实时,车辆平顺性比较差.该研究可为振动式压路机的平顺性设计提供参考.     

考虑路面激励的车辆侧翻仿真分析

为了能够有效地反映路面激励与转向输入引起的车辆侧翻特性,提出了一个能够同时考虑路面输入与转向操纵的联合车辆侧翻模型。利用Matlab/Simulink搭建了联合模型的仿真模型,并采用Adams车辆模型验证了联合模型的有效性。在此基础之上,通过开展仿真试验分析了路面等级、行驶车速、转向盘操纵速度等参数对车辆侧倾状态的影响。研究结果表明:联合模型能够较好地反映车辆在转向输入、路面输入耦合工况下的侧倾状态。该研究为车辆侧翻研究提供了有效的参考模型。     

用谐波叠加法重构随机道路不平顺高程的时域模型

道路时域建模对道路车辆振动时程分析、车辆台架试验、路面损伤以及车路耦合动力学研究均具有重要意义。谐波迭加法是一种既简单直观而又具有严密数学基础的构造道路时域模型的方法。本文基于随机道路的统计量描述，再现了随机道路针对路面车辆的单点激励和单轮辙激励的时间历程样本，完善了所生成样本的标定方法。对双轮辙激励，采用空间相关的两随机过程模拟，将两过程用虚拟的线性系统联接，建立其符合道路相干函数的传递关系，最终得到道路车辆的双轮辙多点时空相关性激励模型。该模拟方法的数学理论正确，适用于任意指定谱特征的随机道路模拟，对     

基于单目视觉车辆姿态角估计和逆透视变换的车距测量

针对一般的单目视觉测距方法忽略汽车在行驶过程中姿态角变化的问题,该文提出了一种基于变参数逆透视变换和道路消失点检测的单目视觉测距模型,实现了车辆在相对运动过程中的纵向距离和横向距离实时测量。首先,该文通过基于纹理方向估计的道路消失点检测算法计算出汽车运动的偏航角和俯仰角,然后运用变参数的逆透视变换和几何建模分析方法,建立车辆测距模型。对不同道路环境和测距方法的2组对比试验分析该文方法的可行性和有效性,结果表明,该文所提出的测距模型能够有效测量纵向70 m、横向4 m以内的目标车辆距离,测量误差在5%以内,且道路环境越好,误差越小,道路良好的平坦道路测距误差在3%以内;该文算法的平均处理速度达到了40帧/s。     

考虑驱动电机激振的电动车油气悬架系统振动分析

电传动车辆中轮边驱动电机壳体振动直接作用于悬架下端,为评价电机激振力对悬架系统的输出影响,在考虑电机—路面不平度耦合激励影响下构建系统运动微分方程组进行分析。应用气体状态方程和油液孔口出流方程建立了单气室油气悬架非线性数学模型,采用麦克斯韦应力法对异步电机竖直方向激振力进行求解,采用白噪声滤波法模拟时域内随机路面,将耦合激励信号作用于系统模型,将悬架输出力和电机激振力带入系统运动方程组联立求得数值解,改变参数可进行多工况下平顺性仿真,并通过实车试验与耦合振动模型进行了对比。结果表明在常见正弦路面激励下,在考虑电机激振影响下系统输出振幅约增大10%且达到稳定所需时间更长。高频激振力使系统加速度功率谱幅值变大,在激振力自身频率段影响明显,不可忽略。通过分析实测数据与仿真数据,验证了耦合激励模型在实车中的有效性;耦合激励模型对电动车悬架及整车平顺设计有指导意义。     

车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析

针对基于车辆状态的主动控制难以协调改善车辆乘坐舒适性和操纵稳定性等指标的问题,将自抗扰控制引入悬挂系统,设计了一种同时考虑比例、积分、微分的非线性状态误差反馈的自抗扰控制器,以改善车辆的行驶特性。给出了综合考虑悬置质量加速度和车轮动载荷的悬挂系统综合性能评价指标,用以分析算法对悬挂系统改善的有效性。对标准天棚主动控制和改进的自抗扰控制算法进行仿真对比分析,结果表明,标准天棚主动控制仅能够改善乘坐舒适性,而改进的自抗扰控制可同时提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性,并且其综合性能提高了18.89%;通过改变悬置质量、行驶路面和行驶速度,对改进的自抗扰控制器的鲁棒性进行仿真分析,结果表明,采用改进的自抗扰控制的悬挂系统的乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能的波动幅度均小于3%,该算法具有较强的鲁棒性。通过悬挂台架试验系统对改进的自抗扰控制进行试验验证,相比于被动悬挂,其乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能分别提高了13.31%、10.25%和22.19%,说明了改进算法振动控制的有效性;改变悬置质量、行驶路面和行驶速度,悬挂系统综合性能的相对波动幅度同样小于3%,验证了改进的自抗扰控制算法的鲁棒性。     

基于模糊双曲正切模型的车辆路径跟踪算法

为了实现铰接式车辆无人驾驶技术。针对路径跟踪问题,该文提出了基于模糊双曲正切模型的铰接式车辆路径跟踪控制算法。首先根据实地试验测得铰接式车辆的横向偏差、横向偏差变化率、航向角偏差、航向角偏差变化率和转向角的样本数据,建立其模糊双曲正切模型。在此基础上,采用改进的自适应反向传播(back propagation,BP)神经网络对模型进行参数辨识,并推导了基于Cauchy鲁棒误差估计器的权系数调解率公式。然后设计基于极点配置方法的控制器,得到转角的反馈控制率。从试验数据可以看出:车辆横向位置偏差、航向角偏差、转角控制量分别控制在0.008 m、0.07 rad(0.5°)、0.21 rad(12°)附近,各向偏差均稳定,误差控制在1%以内。该种路径跟踪控制算法的研究可为铰接式车辆无人驾驶提供参考。     

工程车辆车桥位移谱统计分布建模及分步参数识别

针对非公路用车的车桥实测位移谱统计分布建模中模型选择、参数识别的初值选取主观性大和计算效率低等难题,该文以实测的车桥位移信号为研究对象,分别进行时域分析、频域功率谱分析,对信号进行分组,统计频数,获得统计直方图和累计概率分布曲线。分别采用正态分布、双峰正态分布、威布尔分布和双峰威布尔分布模型对位移谱进行建模,提出分步参数识别方法。引入灰色关联度目标函数,以人工鱼群算法获得的参数作为模型参数的初始值,采用迭代非线性最小二乘法levenberg-marquardt (LM)算法进行精确参数识别,使用相关系数和kolmogorov-smirnov(KS)检验对各模型的拟合优度进行比较。结果表明,混合威布尔分布与统计直方图的相关系数为(0.9800,0.9908,0.9867,0.9665),混合正态分布为(0.9793,0.9904,0.9783,0.9661),威布尔模型为(0.8613,0.9113,0.8618,0.8854),正态模型为(0.8611,0.9127,0.8624,0.8869),混合威布尔模型可以对车桥位移谱进行高精度拟合,而所提出的分步参数识别法可以高效、准确地进行模型的参数识别。研究结果可为车辆疲劳载荷谱的编制和台架试验提供参考。