电动助力转向系统助力特性研究

在分析影响转向盘转向力矩大小因素的基础上,建立了汽车转向力矩模型,通过动力学仿真和电动助力转向台架试验,确定了车辆载荷与转向盘转向力矩的对应关系。结合车辆载荷、速度和转向盘力矩三个方面的因素给出了设计电动助力转向系统（EPS）时的新型助力特性曲线,试验与仿真结果表明,在新型助力特性曲线基础上设计的EPS控制器具有更好的操纵效果。     

基于力矩反馈-位置差型线控液压转向系统控制

针对轮式农业机械的线控液压转向系统的控制包括转向轮转角控制与路感模拟控制两部分,系统控制的协调性非常重要。分析了两部分控制间的耦合关系以及双向控制理论;提出一种融合位置与力矩信息的力矩反馈-位置差型控制方法,根据转向轮的目标转角（转向轮的目标转角由转向盘转角与角传动比理论计算得到）与转向轮实际转角的差值控制路感电机,同时根据驾驶员的作用力矩控制电液比例伺服以驱动转向,并完成了台架试验。结果表明：转向盘在不同初始角度下的回正时间约为0.5s,转向阶跃响应稳态误差为0.231°,响应时间为2.265s,正弦跟随误差不大于1.401°,随机输入下的跟随误差不大于4.492°,但在转向盘转向改变时,误差达12.376°,持续时间约0.15s。     

基于多样性的汽车线控转向容错研究

为解决线控转向系统转向失效问题,将多样性容错技术应用到汽车线控转向系统中。开展了多样性汽车线控转向系统稳定性分析,建立了线控转向机构与其备份机构之间的关系,提出了基于多样性的转向系统容错设计方法;选用不用经验的驾驶员,在驾驶模拟器上对新设计的线控转向系统进行了转向稳定性试验。研究结果表明,基于多样性容错设计,通过备份的转向功能,驾驶员能根据自己的意图通过转向机构灵活地控制车辆,减少转向失效;同时,能避免由于线控转向系统中过度冗余造成的成本和体积的增加,有利于提高车辆转向稳定性,有利于在汽车线控转向系统中的应用。     

汽车EPS助力特性设计方法研究

对汽车转向系统进行受力分析,建立了不同工况下的转向盘阻力矩模型。提出了一种驾驶员理想转向盘力矩参数化特性模型,并在此基础之上对EPS(electric power steering system)助力特性曲线的设计机理进行研究。提出了以驾驶员理想转向盘力矩与车速、转向盘转角、侧向加速度的关系为基础将助力特性曲线按照高速和低速分别进行设计的观点,进而基于此观点探讨了EPS助力特性曲线的产生过程,并对EPS助力特性曲线的几何特征进行了论证。     

低附着路面条件的线控转向系统路感模拟与回正控制研究

线控转向取消转向盘与转向车轮之间的机械连接,车辆转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员。在分析传统车辆路感产生原理的基础之上,利用电流传感器测得的转向电机电流来等效路面负载,实现对线控转向系统路感的自行设计。通过建立线控转向系统模型并利用回正力矩信息,考虑车辆自回正力矩在低附着路面上会显著降低的特点,提出一种新的回正控制策略,该策略运用扩展卡尔曼滤波算法,对路面附着系数进行估计,并根据不同的路面附着系数来设计不同的回正电流,以使得所设计的线控转向系统在各种路面上都具有较好的回正性能。最后,对所提出的方法进行仿真和硬件在环试验分析,其结果表明,所设计的路感能够很好地满足驾驶员的操纵需求,并且所设计的回正控制策略在低附着系数路面上能够明显改善驾驶员对路感的感知。     

基于路面附着系数的电动助力转向控制研究

为了解决路面附着系数变化对驾驶员路感的影响问题,基于路面附着系数对电动助力转向(EPS)系统的助力特性曲线进行了设计。在建立了整车和EPS系统的动力学模型基础上,结合最大回正力矩的估计方法对路面附着系数进行了推理和辨识,并据此,基于Matlab/Simulink平台对EPS的整体模型进行0.3g侧向加速度下的阶跃仿真,结合驾驶员理想方向盘转矩拟合得到随附着系数和车速变化的助力特性曲线。仿真结果表明,路面附着系数能被较好的估计,所设计的EPS助力特性曲线在高、低附着系数的路面上都能够满足驾驶员理想方向盘转矩要求,同时,低附着系数路面的驾驶员路感显著增加,能够提醒驾驶员注意行车的操纵安全。     

驾驶员理想转向盘力矩特性研究

对驾驶员理想转向盘力矩的影响因素进行分析,提出了一种用以描述稳态转向工况的驾驶员理想转向盘力矩模型。针对三款不同型号车辆进行驾驶员转向盘力矩道路试验, 建立了中国西南地区驾驶员理想转向盘力矩模型,研究结果表明: 一定车速下,驾驶员理想转向盘力矩是转向盘转角或者侧向加速度的增函数,但随着转向盘转角或者侧向加速度的增大,驾驶员理想转向盘力矩增大的程度减缓;一定转向盘转角或者侧向加速度下,驾驶员的理想转向盘力矩与速度近似成线性正比关系;如果车辆的体积、车重相近,道路条件相同,驾驶员理想转向盘力矩与车辆的型号无关。     

分布式电驱动车辆线控转向系统MFAC主动容错控制

为解决分布式电驱动车辆线控转向系统容错控制大多需要故障诊断与隔离模块,以及过于依赖精确车辆动力学模型问题,提出基于多输入多输出无模型自适应线控容错控制方法。通过分析车辆3自由度模型确定无模型自适应控制的输入输出关系,建立面向线控转向系统的多输入多输出无模型自适应主动容错控制器（Multi-input multi-output model free adaptive control, MIMO-MFAC）并进行求解,并通过理论推导证明了控制器单调收敛。在此基础上基于Matlab/Simulink和CarSim对该容错控制方法进行了仿真验证,仿真结果表明当转向系统发生故障时,容错控制方法能协同驱动系统产生额外的横摆力矩进行补偿,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶。最后,通过驾驶模拟器试验验证了该容错控制算法的实时性。     

线控转向车辆可变角传动比特性的研究

针对线控车辆的操控性能改善问题,对线控转向系统可变角传动比特性的优化设计方法进行了研究。基于客观的车辆操纵稳定性指标多目标评价函数,结合"驾驶员-车-路"闭环系统双移线工况仿真实验结果分析,确定了不同车速对应的最优角传动比;在此基础上,考虑车辆非线性横摆角速度增益特性对驾驶员转向操作的不利影响,分析了角传动比随转向盘转角变化的特性;对固定角传动比系统和可变角传动比系统的线控车辆,分别进行了双纽线和双移线两种典型转向工况下的仿真对比实验。实验及研究结果表明:相比于传统固定角传动比系统,具有角传动比可变优化特性的转向系统不仅能改善车辆低速转向灵敏性和中高速路径跟随性能,还能有效减小驾驶员的转向操作负担。     

考虑迟滞行为的重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究

重型车辆原地转向阻力矩是影响其转向系统设计与控制性能的关键参数之一,精确可靠的阻力矩模型对提升转向驱动系统的设计水平、稳定性与控制能力有重要作用。为建立可精确复现实际转向工况的阻力矩模型,将轮胎转向时胎面单元变形产生的弹性迟滞摩擦力与Maxwell迟滞模型结合,提出考虑轮胎迟滞行为的原地转向阻力矩模型,可对轮胎任意换向下的阻力矩进行有效预测。基于重型车辆单轴转向系统测试台,试验探究转向频率、转向角幅值和垂直载荷对阻力矩的影响规律;基于典型迟滞行为设计系统转向角输入,明确原地转向阻力矩模型对擦除特性、多值特性、同余特性和返回点记忆性的复现能力与其实际迟滞行为。试验结果表明,该模型可以复现擦除特性、同余特性和多值特性的典型迟滞行为,这与标准迟滞系统一致,具有普遍性,但重型车辆转向阻力矩在返回点记忆特性上存在特殊性,即仅在轮胎回转角大于蓄力角度时才表现出良好的返回点记忆特性。综上可为重型车辆原地转向阻力矩研究提供有价值的模型参考。     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向。以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法。该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

基于FlexRay总线线控转向稳定性研究

线控转向装置取消了转向盘和车轮的机械连接,是未来汽车转向的发展趋势.该文采用魔术轮胎的非线性整车动力学模型,研究了车速、路面附着系数以及前轮转向对汽车稳定性的影响;在此基础上,提出了基于横摆角速度和侧向加速度联合控制的控制策略,提高了汽车的稳定性;建立了基于FlexRay通信的线控转向系统,并建立了dSPACE硬件在环...     

Variable structure controller design for steer-by-wire system of a passenger car

The electric power steering (EPS) system was developed and the steer-by-wire (SBW) system achieves the purposes of EPS. The advantages of SBW are packaging flexibility, advanced vehicle control system, and superior performance. No mechanical linkage exists between the steering gear and steering column in the SBW system. The steering wheel and front-wheel steering can be controlled independently. The SBW system consists of two motors controlled by an electronic control unit (ECU). One motor is in the steering wheel and develops the steering feel of the driver and the other motor is in the steering linkage and improves vehicle maneuverability and stability. Moreover, the active front steering (AFS) system can be added to the SBW system. AFS reduces the difference between actual and estimated vehicle yaw rate. Up-to-date information from the steering wheel enables drivers to identify road conditions through the tire force, which should be fed back to the steering wheel. Furthermore, several control algorithms related to the vehicle and motor can be used together through the self-aligning torque, which is fed back to the steering wheel. This study proposes a method to control the vehicle yaw rate through an SBW system. This control method is based on a PID control method for the steering-wheel-motor controller, as well as on a sliding mode control (SMC) method for the front-wheel-motor controller and yaw stability controller. The SBW system is modeled using a bond graph method. Results imply that the controllers are robust enough when in contact with nonlinear properties of tire and road conditions. This study is expected to guide further research on the SBW system.     

基于BP神经网络的EPS助力特性研究

提出了基于BP神经网络优化算法计算任意车速下方向盘扭矩与电机助力电流的非线性关系的方法。对基于BP神经网络优化算法的EPS系统控制策略和算法进行了深入研究。通过分析车辆和驾驶员对转向控制的要求和特点,获得了汽车车速和方向盘扭矩二输入下的EPS的助力特性,对研究汽车转向系统助力特性具有实际应用价值和直接指导意义。     

基于MATLAB铰接式车辆原地转向特性的研究

基于铰接式车辆原地转向特性,建立了铰接式车辆原地转向运动学模型,同时建立了装载机原地转向力学模型,分别对单桥驱动、双桥驱动和转向力学模型阻力矩进行了计算,得到了前、后桥轮荷。运用MATLAB软件对满载原地转向阻力矩和轮荷进行了计算和仿真,为铰接车辆转向系统设计和校验提供了依据。     

汽车转向的力输入控制与角输入控制及其对驾驶员—汽车闭环系统的影响

讨论两种与不同驾驶员转向控制策略相应的人－车才环系统的运动特征。在描述驾驶员操纵汽车时可以认为驾驶员有两种操纵方式，即通过给转向盘施加转向力矩或通过使转盘转地定定角度来实施其转向策略，分别称这两控制方式为力输入控制与角输出控制。仿真计算表明，当不足转向度小的汽车高速行驶时，驾驶员采用力输入控制策略具有更小的跟随误差，在力输入控制下，驾驶员校正参数的变化范围也比采用角输入控制策略的小得多，这说明力输     

跨坐式单轨车辆辅助导向装置的输出特性

单轨车辆的走行部径向通过曲线时可以减小走行轮的磨耗和导向轮的载荷。以跨坐式单轨车辆辅助导向装置的几何关系和油气弹簧的力学特性为出发点，推导辅助导向装置产生力矩与转向架和车体之间摇头角度的解析关系。建立有辅助导向装置时车辆稳态曲线通过的力学模型，分析辅助导向装置能够使转向架在圆曲线上处于径向位置的条件，并利用多刚体动力学软件建立跨坐式单轨车辆的稳态曲线通过验证模型。通过理论分析和模型仿真计算发现，当合理油压弹簧预压力选择合适的数值时，辅助导向装置的输出力矩与二系悬挂的回转力矩相互抵消，走行部的摇头角接近零，能够使转向架在圆曲线上处于径向位置，并有效缓解走行轮与导向轮的磨耗。     

双电机后驱车辆操纵稳定性分层混杂模型预测控制

为改善车辆在复杂工况下的操纵稳定性,解决低附着路面易失稳的问题,针对后驱双电机轮边驱动电动汽车提出一种结合直接横摆控制与主动转向控制的操纵稳定性控制策略。控制策略采用分层控制结构：上层控制器采用多输入多输出系统的模型预测控制,对目标附加横摆力矩与前轮主动转向角进行求解;下层转矩分配控制器采用混杂模型预测控制（hMPC）,将轮胎纵向力的非线性特征简化为分段的混杂系统,在分配驱动转矩时考虑车轮在不同工况下的滑转情况。搭建了基于dSPACE实时仿真系统的仿真平台,在高附着、低附着路面下进行半实物仿真试验。仿真结果表明,与二次规划（QP）转矩分配算法相比,高附着路面工况下平均相对误差减小了17.64%,方均根误差减小了42.86%,最大偏离误差相对减少了7.64%;低附着路面工况下可以有效防止车辆失稳,改善操纵稳定性。     

Design,implementation, and test of skid steering-based autonomous driving controller for a robotic vehicle with articulated suspension

This paper describes an autonomous driving control algorithm based on skid steering for a Robotic Vehicle with Articulated Suspension (RVAS). The driving control algorithm consisted of four parts: speed controller for following the desired speed, trajectory tracking controller to track the desired trajectory, longitudinal tire force distribution algorithm which determines the optimal desired longitudinal tire force and wheel torque controller which determines the wheel torque command at each wheel to keep the slip ratio below the limit value as well as to track the desired tire force. The longitudinal and vertical tire force estimators were designed for optimal tire force distribution and wheel slip control. The dynamic model of the RVAS is validated using vehicle test data. Simulation and vehicle tests were conducted in order to evaluate the proposed driving control algorithm. Based on the simulation and test results, the proposed driving controller was shown to produces satisfactory trajectory tracking performance.