基于模糊控制的三轴车辆全轮转向性能仿真

为了提高三轴车辆在极限工况下的稳定性,充分考虑轮胎的非线性特点以及车辆转向过程中轮胎垂直载荷的转移情况,建立了三轴车辆全轮转向的非线性二自由度整车动力学模型,以车辆的质心侧偏角为零为控制目标,基于模糊控制理论,采用前馈加状态反馈的控制方法设计了零质心侧偏角比例前馈加质心侧偏角反馈的全轮转向模糊控制系统,最后利用MATLAB/Simulink建立了该控制系统的仿真模型,对控制系统在车辆极限转向工况下的控制性能进行了仿真验证。结果表明,全轮转向模糊控制方法可使三轴车辆的质心侧偏角基本为0,横摆角速度和侧向加速度均能很快达到稳态值,因而可有效防止车辆在极限转向工况下发生侧滑失稳,可显著提高车辆的主动安全性。     

多轴转向车辆二自由度鲁棒控制

为解决多轴转向车辆对参数不确定性所引起的鲁棒性较差的问题,该文在引入多轴转向车辆和两轴车辆的统一动力学模型的前提下,利用线性分式变换把模型中不确定结构与确定结构分开,并提出二自由度鲁棒控制器设计方法,其中前馈控制器实际上是模型匹配问题,反馈控制器是结构奇异值μ分析与综合问题。通过仿真看出,设计的前馈控制器对车速变化能进行独立补偿,反馈控制器对路面附着系数变化、轮胎侧偏刚度变化等引起的摄动具有很好的抑制性能,较好的实现了零质心侧偏角和横摆角速度跟踪控制目标。表明该控制方法能使系统具有良好的跟踪性能和鲁棒性。     

基于理想传动比的主动前轮转向控制

针对目前汽车主动前轮转向系统缺少对理想传动比规律研究的问题,建立线性二自由度车辆模型、主动前轮转向系统模型,以及轮胎模型;设计固定横摆角速度增益下的主动前轮转向系统理想传动比规律,提出基于该规律的主动前轮转向附加转角闭环控制策略,并对提出的控制策略进行仿真分析和试验验证。结果表明:基于理想传动比的前轮主动转向附加转角控制策略可有效保证车辆在低速时横摆角速度响应幅值变大,车辆具有较好的操纵性;高速时横摆角速度和质心侧偏角响应的幅值均变小,车辆具有较好的稳定性,有利于车辆获得较为理想的转向品质。研究结果可为主动前轮转向系统的设计与开发提供理论基础。     

农用柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略及试验

针对农用柔性底盘前轮转向时两偏置轴转向机构难以保持联动关系而影响顺利转弯的问题,基于阿克曼转向几何与交叉耦合控制原理,设计了偏置轴转向机构联动耦合控制策略,采用模糊PID控制算法对两转向轮转角联动轮廓误差进行补偿,并依据方向盘信号大小和变化率对电磁摩擦锁PWM控制信号占空比进行调节,以匹配偏置电动轮转向的角速度,使两转向机构形成耦合而保持期望联动关系;基于MATLAB/Simulink对控制策略进行了仿真,且在硬化路面上实施了阶跃转向、蛇行转向及随机转向3种运动方式的试验验证,并对比分析了转角分配控制下的前轮转向效果。试验结果表明:耦合控制方法下柔性底盘前轮阶跃转向响应均在0.8 s内,左、右侧转角最大超调为1.3°;电磁摩擦锁的开闭可较好匹配电动轮的转向;左、右前轮对于各自目标角具有良好的跟踪性能;3种转向方式下最大与平均跟随误差值均小于分配控制方法;两轮联动的最大与平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;耦合控制下仿真与试验转角的轮廓误差变化趋势一致,最大误差为2.2°,证明仿真模型合理有效。耦合控制下偏置轴转向机构联动控制效果优于转角分配控制,转向效果良好,该文提出的柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略有效且可行。     

基于GPS/INS和线控转向的农业机械自动驾驶系统

研究旨在设计出一套农用车辆自动导航控制系统,让机器人代替农民进行田间作业,实现农用车辆自动驾驶,从而可以有效提高农业机械的作业精度、生产效率和使用安全性,并且为精细农业研究提供技术支持,改善农业生产的方法。该文通过GPS/INS(global positioning system/inertial navigation system)组合导航技术实时获得载体的导航信息(位置、速度、航向、姿态),根据导航信息与预设轨迹参数计算出载体的目标前轮转向角,并以该目标前轮转向角与当前前轮转角的差值作为控制输入,实现对转向执行电机的精确控制,从而实现载体的路径跟踪控制。同时对整个系统的软硬件进行设计,并对系统控制策略进行仿真和试验验证。最终结果表明,本文所设计的组合导航系统定位精度高,其定位精度可达到0.1~0.5 m;路径跟踪系统误差小,当车速分别为0.5 m/s和1 m/s时,路径跟踪的最大横向误差分别为0.16 m和0.27 m;整个系统响应速度快,可达到0.1s。通过将GPS/INS组合导航技术与线控转向技术相结合,能够实现农用车辆的自动驾驶。     

东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统

该文在东方红X-804拖拉机上开发了基于RTK-DGPS的自动导航控制系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、导航控制器、转向操纵控制器、电控液压转向装置和转向轮偏角检测传感器。其中转向操纵控制器、转向轮偏角检测传感器和电控液压转向装置构成转向轮偏角的闭环控制回路,该回路可根据导航控制器提供的期望转向轮偏角实现偏转角的随动控制。将拖拉机运动学模型和转向操纵控制模型相结合,建立了拖拉机直线跟踪的导航控制传递函数模型,模型的输入是横向跟踪误差,输出是期望的转向轮偏角。设计了基于PID算法的导航控制器,仿真分析了系统稳定性和动态响应性能,确定了PID控制参数的较佳取值。针对东方红X-804拖拉机转弯半径大的特点,采用跨行地头转向控制方式,提出了具体的控制流程及算法。田间试验结果表明：采用所设计的DGPS自动导航控制系统,在拖拉机行进速度为0.8 m/s时,直线跟踪的最大误差小于0.15 m,平均跟踪误差小于0.03 m,所提出的跨行地头转向控制方法对试验拖拉机具有良好的适用性。     

基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法

针对速度因素对拖拉机自动导航系统稳定性的影响,提出了基于横向位置偏差和航向角偏差的双目标联合滑模控制方法,在建立两轮拖拉机-路径动力学模型和直线路径跟踪偏差模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行整体系统仿真,验证了控制方法的可靠性;以雷沃TG1254拖拉机为载体搭建了自动导航控制系统田间试验平台,分别在定速和变速条件下,进行了拖拉机直线路径跟踪控制的田间试验;分析了不同速度条件下的动态跟踪控制效果,验证了设计的自动导航控制系统的稳定性和控制精度。试验结果表明:在拖拉机田间作业常见的定速直线行驶工况下,采用基于速度自适应的双目标联合滑模控制方法,拖拉机直线路径跟踪控制的横向位置偏差最大值为10.60 cm,平均绝对偏差在3.50 cm以内;航向角偏差最大值为3.87°,平均绝对偏差在1.70°以内;在进入稳态以后,前轮转向角最大摆动幅度为3°,摆动标准差为0.80°。结论表明,该文提出的基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统,能基本实现不同速度下的直线路径自动跟踪控制。     

基于模型预测的重型车辆侧翻主动控制

为解决重型车辆侧翻问题,提出基于模型预测的侧翻主动控制方法。通过车辆侧倾数学模型来预测车辆的侧翻趋势,从而实现对于车辆侧翻主动控制的实时性。以带有空气悬架的大型客车为例,结合空气弹簧的工作特性,设计主动控制策略,实现对车辆侧翻危险状态的主动控制。在车辆行驶速度80 km/h、方向盘转角200°的情况下进行仿真试验,车辆左侧空气悬架的刚度上升了12.9%,右侧空气悬架的刚度下降了13.7%,车辆侧倾角稳定在3.9°。结果表明,基于模型预测的车辆侧翻主动控制系统能够及时调整左右空气悬架的刚度,提高重型车辆的侧翻控制能力,减少重型车辆侧翻事故的发生。     

电驱动铰接式工程车辆操纵稳定性控制分析

铰接式工程车辆因其铰接转向机构布置,使整车行驶过程中的横向稳定性降低。该文针对电驱动铰接式车辆的结构特点,建立了三自由度整车行驶动态数学模型,利用其各轮可独立控制的特性,提出基于直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的车辆稳定性控制策略。分别以前车体质心侧偏角和横摆角速度、后车体质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,建立了2种基于不同控制变量下的铰接式车辆最优直接横摆力矩控制策略。通过对地下35t铰接式自卸车的瞬态响应进行仿真分析,从响应速度、精确性等方面,探讨了2种控制策略下铰接式车辆稳定性的实现与性能。该研究可为电驱动铰接式车辆的稳定性控制提供有益的参考。     

基于卡尔曼滤波的车辆侧偏角软测量

针对车辆稳定性控制过程中难以在线测得车辆侧偏角的问题,该文基于参数软测量理论和离散信号滤波理论,并结合卡尔曼滤波和驾驶员—车辆闭环系统模型建立车辆侧偏角软测量模型。该方法通过易测变量横摆角速度和侧向加速度估算车辆侧偏角,以实现车辆侧偏角的状态估计。基于预瞄最优曲率控制理论和预测—跟随理论所建立的二自由度驾驶员—车辆闭环系统建立了软测量模型,并建立其状态方程和观测方程。为进行状态估计,对模型的状态方程和观测方程进行连续系统离散化,得到以横摆角速度和侧向加速度为观测量的系统离散观测方程。通过双移线试验与蛇形试验进行场地试验获取纵向速度、侧向速度、横摆角速度、侧向加速度及车辆侧偏角等试验数据。估计值和试验值比较显示,两者变化趋势一致,误差均值在试验值幅值的10%以内,试验表明,软测量算法能准确估算出车辆侧偏角是可行的。研究结果可为软测量技术在车辆稳定性控制系统上的应用提供参考。     

多轴转向车辆转向机构优化设计

多轴转向车辆转向机构是车辆转向时实现内、外轮理想转角关系的核心部件。该文根据汽车车轮转向特性，利用阿克曼定理，应用ADAMS软件建立多轴转向车辆转向机构的仿真模型，同时对转向机构进行了优化。和传统的设计方法相比，这种方法提高了精度和效率。对其它多轴车辆转向机构的优化设计也有一定的参考价值。     

基于参考模型横摆率反馈控制的4WS操纵稳定性研究

随着交通网络发展和车辆速度的提高,4WS车辆及其控制策略的研究日益受到广泛的关注.在分析4WS特点的基础上,建立了4WS系统的二自由度数学模型,提出了基于理想转向模型横摆率反馈控制的思想和控制算法.利用Matlab软件平台,分别对车辆行驶速度为20、60和120 km/h的情况进行了仿真研究分析.仿真结果显示,在有效的速度范围内4WS可以很好的地跟踪参考模型,快速达到稳定转向.在高速情况下,普通2WS存在超调且稳定时间较4WS增加88.6%.通过仿真分析比较可知,该文所提出的4WS系统控制方法可以很好地跟踪理想模型横摆角速度,反应灵敏,可有效改善车辆的操纵稳定性,为下一步进行实车试验奠定了理论基础.     

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。     

重型多轴转向车辆轮胎原地转向阻力矩

为了解决重型多轴转向车辆转向杆系损坏的问题,针对其主要影响因素轮胎原地转向阻力矩进行试验研究。通过采用整车道路实测的试验方法,分析了车轮转角、轮胎垂直载荷、摩擦系数和轮胎气压等因素对轮胎原地转向阻力矩的影响。利用MATLAB软件对主要影响因素进行了试验数据拟合分析,给出了轮胎原地转向阻力矩经验公式,通过对同型号轮胎测试结果的分析验证,该公式的预测误差小于10%。为提高液压助力转向系统的安全性、可靠性和匹配性提供了理论和试验参考。     

计入温度效应与转向传动机构间隙的车辆摆振特性分析

为改善车辆不同作业环境下的操控性能,防止地域及季节气温差异导致转向系动态响应偏离其设计初衷,该文以非独立悬架车辆为例,对考虑温度效应的车辆摆振系统动力学行为进行了分析。基于热弹性力学考察了温度效应对转动副间隙的影响,建立了计入温度效应的转向传动机构含间隙车辆摆振系统动力学模型。通过数值算例分析了某1030货车摆振响应的分岔特性和初值特性,讨论了车速、温度等参数对摆振系统全局动力学行为的影响,研究表明,温度的改变在85～110km/h车速区间内会导致转向轮摆角周期运动形态的改变,且这种影响在高车速区段下比中低车速区段更为明显,而当车速为100km/h、温度为-40℃时左转向轮摆角中值为负,意味着有向右跑偏趋势;50℃时摆角中值由负变正,说明有改为向左跑偏的趋势。研究结果可为全天候车辆防摆振设计提供参考。     

谷物联合收割机电控全液压转向系统建模与仿真

为研究谷物联合收割机视觉导航系统中电控全液压转向系统的操纵性能,该文介绍了联合收割机视觉导航系统结构,在建立了电控全液压转向系统各组成部分的数学模型基础上,构建了系统的仿真模型,并进行了Simulink 仿真。仿真结果表明：联合收割机的侧向速度和横摆角速度的稳态值与实车试验结果一致,横摆角速度稳态值约为-12.5°/s,侧向速度稳态值约为-0.25 m/s,二者的稳态误差小于5%;在信号瞬态响应过程中,仿真与实车试验的过渡时间相同,约为1.8 s,仿真试验的侧向速度及横摆角度的响应速度皆快于实车试验结果,但二者总体变化趋势相同。所建立的系统模型准确、可靠,较好地反映了联合收割机转向时动静态特性,为联合收割机视觉导航转向控制器设计提供参考依据。     

拖拉机线控液压转向系统设计及样车性能试验

拖拉机的转向系统是保证行驶安全、高效作业的关键机构,针对传统的全液压转向系统在转向过程中易发生转向沉重,甚至失灵等状况,该文提出一种拖拉机线控液压转向系统。论文首先对拖拉机线控液压转向系统进行总体设计,基于MATLAB软件的Simulink/Simhydraulic模块对线控液压转向系统进行动态建模和仿真分析,根据分析数据完成试验样车改装,利用改装样车分别进行转向系统的静态随机转动试验、蛇形试验、双纽线试验、稳态回转试验以及转向瞬态响应试验。通过试验分析得到线控液压转向系统在5个试验中理论与实际转向轮转角平均误差分别为1.58?,0.79?,1.09?,0.69?,0.47?。试验结果表明线控液压转向系统的理论与实际转角曲线吻合度更高,误差均低于全液压系统,转向误差精度有大幅度提高,性能更理想。拖拉机线控转向系统综合了液压和线控技术优点,在保证大动力输出的同时,又具有转向灵活,方便安装等特点,可为拖拉机线控转向系统推广应用提供参考。     

主动悬架与多桥转向混合控制器的设计与仿真分析

为了改善多桥车辆操纵稳定性和行驶平顺性,通过建立多桥车辆的5+2n自由度动力学模型,设计了主动悬架与多桥转向线性系统二次型最优控制（LQG）综合控制器。通过仿真试验,对比分析了采用与不采用综合控制器2种情况下,多桥车辆不同车速下对阶跃信号的各项性能指标的响应。结果表明：低速情况下,采用综合控制器较不采用控制器的多桥车辆侧偏角峰值减小0.03 rad、横摆角速度峰值减小0.1 rad/s、车身侧倾角峰值减小0.015 rad、俯仰角峰值减小0.015 rad、车身垂直加速度峰值减小0.3 m/s2、轮胎动位移峰值减小0.009 m;高速情况下,以上各性能指标峰值分别减小0.095 rad、0.4 rad/s、0.075 rad、0.09 rad、2.1 m/s2、0.018 m。多桥车辆采用综合控制器相对于不采用控制器时的操纵稳定性和行驶平顺性都有显著改善。