汽车电控四轮转向实验台的设计

现代道路交通系统和先进汽车技术日渐发展,人们对汽车操纵性能的要求日益提高,四轮转向技术将会得到广泛应用,而示教装置已经成为汽车专业教学必不可少的实验设备。本课题主要研究的是电控四轮转向系统示教教置的设计与开发,分析其优缺点,设计一款适合教学的示教装置,使其能够在汽车方面的学习中发挥应有的作用。     

基于μ综合鲁棒控制的四轮转向车辆操纵稳定性研究

车辆总是承担不同的载荷，车辆建模亦存在着误差, 传统四轮转向控制器难以达到原有的性能指标；针对外界干扰，采用μ综合鲁棒控制方法，构造横摆角速度跟踪综合控制系统设计框架, 选取了不同环节的权函数。仿真结果表明，四轮转向车辆控制系统具有良好的动态性能、鲁棒稳定性和鲁棒性能，有效地提高了车辆操纵稳定性和安全性。     

汽车四轮转向自适应模糊神经网络控制研究

为了实现现实车辆运动的多自由度和非线性,在Simulink环境下建立包含车辆侧倾运动和轮胎非线性的三自由度四轮转向模型,针对大多控制方法需要依赖被控对象为精确数学模型的缺陷,提出具有联想、自学习、自识别、自适应特性的自适应模糊神经网络四轮转向控制策略;通过以前轮转角及车速作为输入,并依此确定后轮转角的输出,建立获得训练样本的仿真实验模型,用混合法训练得到自适应模糊神经网络控制器,并分别与前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制下的四轮转向控制器进行仿真比较分析．结果表明自适应模糊神经网络控制使车辆在低速到中、高速时质心侧偏角趋于零,具有较强的鲁棒性;在角阶跃、移线实验中,控制效果优于前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制,较大地改善了车辆的操纵性能．     

四轮转向车辆稳定性的虚拟仿真

利用拉格朗日方程,建立了四轮转向车辆的非线性三自由度动力学模型.利用ADAMS软件,在虚拟环境中,建立了四轮转向车辆的虚拟模型,进行了动力学仿真,给出了车辆在多种状态下的运动及其动力学特性,并通过车辆的客观评价方法,对研究结果进行了分析,得出了一些有益的结论, 对车辆的设计和分析具有一定的指导作用.     

全向自动导引车导向机构设计及其运动控制研究

针对麦克纳姆轮加工复杂,运动效率低,承载能力较弱及容易出现振动、打滑等问题,研发了基于轮毂电机的自动导引车（automatic guided vehicle,AGV）全转向导向机构,并根据该导向机构的控制方式--四轮独立驱动和四轮独立转向（4WID-4WIS）的方式,对该全向AGV进行了运动控制研究。首先,构建了该全转向导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,得出不同转向模式下全向AGV转速与转角之间的关系。其次,为消除该全向AGV移动时产生的路径偏差,提出了基于多步预测最优控制和模糊控制的联合路径跟踪控制技术,以提高控制精度和为路径跟踪提供充足的纠偏能力;进行了转向电机和轮毂电机之间的解耦控制,保证了转向电机和轮毂电机具有良好的输入输出响应。最后,通过实车实验验证了该全转向导向机构具有良好的运动效果,能够满足实际工况的要求,可为AGV在工业领域的应用提供一定的参考。     

汽车主动悬架和四轮转向系统的综合控制

针对汽车底盘的两大重要组成-转向子系统和悬架子系统,建立起汽车侧向动力学模型、悬架动力学子模型以及考虑两者耦合效应的综合动力学模型;接着对四种不同控制策略的车辆系统进行了仿真对比,包括被动悬架兼前轮转向系统、主动抗侧倾杆控制系统、主动抗侧倾杆和四轮转向控制系统以及主动悬架与四轮转向的综合控制系统,得出:主动悬架和四轮转向综合控制系统能同时兼顾主动悬架和四轮转向的优点,使车辆的操稳性和平顺性大大提高.     

车辆转向系几何参数及测量原理

将主销后倾角和主销内倾角纳入“四轮定位”概念,相对于非转向轮推进线对这些角度进行了定义,推导出转向系统几何参数之间的关系,进而得出后倾角和内倾角的计算公式(测量原理)。由于在不可见的转向轴线平面投影图上无法安装测量装置,因此可以利用推导出的计算公式间接测量后倾角和内倾角,同时阐明了使用这种测量方法必须遵守的限制条件,并以FNCA型非接触式车轮定位仪为例简单介绍了转向轴线几何参数的测量过程。     

单转向轮摆振机理与稳定性研究

为研究典型单转向轮系统摆振机理及稳定性,建立杠杆驱动轮椅车转向轮系统非线性动力学微分方程,应用ODE方法进行求解;搭建了参数可调的转向轮摆振实验装置,利用实验手段研究摆振现象,验证了转向轮系统动力学模型的有效性;并对此动力学模型线性化,进行稳定性分析;利用遗传优化算法对转向轮系统进行参数优化设计,针对实验研究的转向轮摆振实验装置进行稳定性分析,采用增加阻尼轴承的方法改善实验中转向轮系统的稳定性.通过研究转向轮系统参数变化对摆振的影响规律,提出防范摆振的方法,获得具有实用价值的结论：通过增加转向轮拖距长度、合理选择质量参数或者增加系统的阻尼都可以减小甚至消除摆振.因此,该研究具有较好的工程实用价值,并对类似转向轮系统稳定性分析有一定的参考价值.     

一种便携式四轮定位仪校准装置的技术研究

文章通过对JJF 1154—2014 《四轮定位仪校准规范》的详细研究及现场试验,结合目前四轮定位仪校准装置在主销模拟、定位参数零位确定、现场安装等方面的不足,介绍一种四轮定位仪校准装置采用四轮分体、组合使用的结构,由步进电机作为角度驱动器,通过高精度双轴倾角仪及绝对角度编码器实现角度闭环系统控制。文章对该装置的结构设计及校准原理进行了深入阐述,以期为四轮定位仪校准技术发展起到些许参考。     

基于模糊理论的4WID电动轮汽车横向稳定性控制研究

为充分利用四轮独立驱动(4WID)电动轮汽车各轮驱动电机转矩独立可控及调节迅速的特点,对其横向稳定性控制问题进行研究。以车辆动力学理论为基础,基于动态仿真平台Matlab/Simulink建立包含"魔术公式"轮胎模型以及电机控制模型在内的九自由度整车闭环动力学系统。利用分层思想,上层运用模糊控制理论,分别设计以车身横摆角速度和质心侧偏角为控制变量的模糊控制器,并采用"当质心侧偏角较小时以理想横摆角速度跟踪控制为主,当质心侧偏角较大时以抑制质心侧偏角过大为主"的耦合协调控制策略产生所需附加主动横摆力矩。根据附加横摆力矩的大小,在下层分配设定一个阈值判断模块,通过判定选取效率车轮"差值驱动"及"差值驱动+差动制动相结合"的四轮驱动/制动协同分配模式来产生附加横摆力矩的方法对汽车失稳状态进行主动干预,最后在汽车典型的试验工况下进行稳定性控制的仿真测试。结果表明:采用的控制系统能够将质心侧偏角控制在稳定范围内,并能够很好地跟踪汽车的期望横摆角速度,提高电动轮汽车极限行驶工况下的横向稳定性。     

3D Trajectory Planning of Positioning Error Correction Based on PSO-A* Algorithm

Aiming at the yaw problem caused by inertial navigation system errors accumulation during the navigation of an intelligent aircraft, a three-dimensional trajectory planning method based on the particle swarm optimization-A star (PSO-A*) algorithm is designed. Firstly, an environment model for aircraft error correction is established, and the trajectory is discretized to calculate the positioning error. Next, the positioning error is corrected at many preset trajectory points. The shortest trajectory and the fewest correction times are regarded as optimization goals to improve the heuristic function of A star (A*) algorithm. Finally, the index weights are continuously optimized by the particle swarm optimization algorithm. The optimal trajectory is found by the A* algorithm under the current evaluation index, so the ideal trajectory is planned. The experimental results show that the PSO-A* algorithm can quickly search for ideal trajectories in different environment models, indicating that the algorithm has certain feasibility and adaptability, and verifies the rationality of the proposed trajectory planning model. The PSO-A* algorithm has better convergence accuracy than the A* algorithm, and the search efficiency is significantly better than the grid search A star (GS-A*) algorithm. The PSO-A* algorithm proposed in this paper has certain engineering application value. The researchers will study the realtime and systematic nature of the algorithm.     

轮式爬壁机器人转向稳定性研究

针对四轮爬壁机器人在铅垂壁面上转向失稳的问题展开研究。首先,基于机器人驱动轮与铅垂壁面相互作用的赫兹接触理论,提出了一种机器人摩擦力模型,利用线性积分算法求解出机器人驱动轮转向过程中的纵向摩擦力、横向摩擦力和转向阻力矩;然后,通过机器人动力学建模,推导出转向过程中的驱动力矩关系式,并利用MATLAB仿真得出不同转弯半径、不同磁吸附力和不同负载质量所对应的驱动力矩值随转向角近似呈正弦变化趋势。最后,进行了机器人转向稳定实验,结果显示驱动力矩的实测值与仿真值基本吻合。仿真和实验结果表明,控制转弯半径为0 m、调节磁吸附力为1 000 N和限定最大负载质量为27 kg,能够保证机器人转向稳定,有效解决轮式爬壁机器人转向失稳的问题。研究结果可为四轮爬壁机器人的路径规划和转向稳定性控制提供理论依据。     

A Hybrid Path Planning Method Based on Articulated Vehicle Model

Due to the unique steering mechanism and driving characteristics of the articulated vehicle, a hybrid path planning method based on the articulated vehicle model is proposed to meet the demand of obstacle avoidance and searching the path back and forth of the articulated vehicle. First, Support Vector Machine (SVM) theory is used to obtain the two-dimensional optimal zero potential curve and the maximum margin, and then, several key points are selected from the optimal zero potential curves by using Longest Accessible Path (LAP) method. Next, the Cubic Bezier (CB) curve is adopted to connect the curve that satisfies the curvature constraint of the articulated vehicle between every two key points. Finally, Back and Forth Rapidly-exploring Random Tree with Course Correction (BFRRT-CC) is designed to connect paths that do not meet articulated vehicle curvature requirements. Simulation results show that the proposed hybrid path planning method can search a feasible path with a 90-degree turn, which meets the demand for obstacle avoidance and articulated vehicle back-and-forth movement.     

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。     

稳健协方差矩阵重构波束形成算法

针对信号导向向量失配以及接收数据协方差矩阵存在误差会导致传统的自适应波束形成器产生能损失的问题,提出了一种基于干扰加噪声协方差矩阵重构的稳健波束形成算法.该算法通过对信源来波角度范围进行Capon谱估计得出重构信源协方差矩阵,并通过特征分解以及子空间性质得出信源的导向向量,然后利用重构所得信源导向向量计算出信源功率以及...     

基于圆柱螺线法的偏置机构控制算法仿真及实验研究

偏置机构芯轴偏心位移的精确控制是实现导向钻进的核心问题.针对一种新型静态指向式偏置机构,首先介绍了其结构组成以及轨迹控制原理;其次,建立基于圆柱螺线法的井眼轨迹控制算法数学模型,并以三维多目标井眼轨迹为例,讨论了如何通过该机构实现井眼轨迹的控制,并基于SolidWorks和ADAMS进行机构虚拟模型的建立和运动仿真,得到偏置机构运动情况曲线;最后,建立基于LabVIEW的实验平台对偏置机构样机的导向性能进行验证.通过仿真结果、实验值和理论值的比较,确定该算法产生较好的控制效果,证明了实现机构导向控制的可行性,从而为旋转导向钻井工具实际轨迹控制算法设计与优化奠定理论基础.     

基于STM8S105的智能车结构及控制系统的研究

为了实现基于无碳理念的小车在复杂路径行驶中具备自主识别障碍物和避障轨迹优化等功能,设计了一种由重力驱动的智能车。首先,为使智能车既能行驶较远距离又能变速上坡,基于机械能守恒定律,设计了平滑过渡型阶梯式绕线轮,其结构简单、运行无冲击且加速度恒定,可有效节约驱动能源;其次,对智能车的传动机构进行了基于单自由度的动力学分析和转矩的计算;再次,采用STM8S105单片机作为核心控制器来控制E3Z-D62红外传感器、ES3104舵机和JY61P陀螺仪,实现对障碍物的识别、避让,车体转向和车身偏角预判等功能;最后,运用Python软件对采用不同齿轮传动比时智能车的运行速度及行进距离进行可视化仿真。结果表明：当齿轮传动比为6.3∶1时,利用由质量为1 kg、高度为（400±2）mm的砝码下落产生的重力势能转化的动能驱动智能车,可实现最优的行进距离。所设计的智能车能够实现直线行驶、自主识别和避让障碍物、加速爬坡、减速下坡等系列运动,其外观和成本等问题也已被充分考虑,满足了设计的预期要求。研究结果可为无碳小车的结构优化及控制提供参考。     

基于改进型能量守恒SOC估算法的电动汽车三段式智能充电方式研究

为研究电动汽车安全、快速的智能充电方式,基于传统能量守恒法,考虑电池容量衰减和电池内阻损失对荷电状态(state of charge,SOC)估算的影响,提出改进型能量守恒SOC估算方法。对比分析几种传统充电方式,根据马斯定理确定最佳充电电流,提出以改进型能量守恒SOC估算法得到的SOC值作为判断依据的电动汽车三段式(小电流充电、脉冲充电、恒压充电)智能充电方式,并建立其仿真模型。结果表明:改进型能量守恒SOC估算法得到的SOC值要小于传统能量守恒法,其更加接近真实SOC值;三段式智能充电方式能根据电池组SOC值的变化智能地选择具体充电方式,实现了对电池的安全、快速充电。提出的基于改进型能量守恒SOC估算的三段式智能充电方式对当前电动汽车充电方式的研究提供了一定的参考价值,为智能充电方式研究效能的提升提供了一种可行方法,也为智能充电理论应用于工程实践打下基础。     

一种便携分体式四轮定位仪检定装置的研究

针对目前国内四轮定位仪的计量检定现状进行分析和论述,指出目前检定装置存在的不足之处,介绍一种既能满足定位精度要求又便于现场标定的便携分体式四轮定位仪检定装置,并对该定装置的检定原理、检定方法和设计特点进行分析,最后通过实验数据验证了该装置的正确性和可行性。