考虑横向载荷转移的重型车辆建模研究

横向载荷转移是造成车辆侧翻的重要因素之一,在传统的计及侧倾的重型车辆动力学模型中并没有予以考虑,在对整车建模时假设簧下质量不存在侧倾角,对簧下质量单独分析时又考虑了其侧倾角,建模过程中各变量的正负号规定自成系统,没有统一的方向规定,造成对车辆的各部分受力分析不准确,本文建立的模型将横向载荷转移量作为一个变量来考虑,对整车建模时考虑了簧下质量侧倾角,统一了变量的正负号,建立了正确合理的适用于分析重型车侧倾稳定性的动力学模型。     

Control allocation algorithm for over-actuated electric vehicles

A control allocation algorithm based on pseudo-inverse method was proposed for the over-actuated system of four in-wheel motors independently driving and four-wheel steering-by-wire electric vehicles in order to improve the vehicle stability. The control algorithm was developed using a two-degree-of-freedom(DOF) vehicle model. A pseudo control vector was calculated by a sliding mode controller to minimize the difference between the desired and actual vehicle motions. A pseudo-inverse controller then allocated the control inputs which included driving torques and steering angles of the four wheels according to the pseudo control vector. If one or more actuators were saturated or in a failure state, the control inputs are re-allocated by the algorithm. The algorithm was evaluated in Matlab/Simulink by using an 8-DOF nonlinear vehicle model. Simulations of sinusoidal input maneuver and double lane change maneuver were executed and the results were compared with those for a sliding mode control. The simulation results show that the vehicle controlled by the control allocation algorithm has better stability and trajectory-tracking performance than the vehicle controlled by the sliding mode control. The vehicle controlled by the control allocation algorithm still has good handling and stability when one or more actuators are saturated or in a failure situation.     

Combined Control Allocation and Sliding Mode Control in the Dynamic Control of a Vehicle with Eight In-Wheel Motors

An eight wheel independently driving steering (8WIDBS) electric vehicle is studied in this paper. The vehicle is equipped with eight in-wheel motors and a steer-by-wire system. A hierarchically coordinated vehicle dynamic control (HCVDC) system, including a high-level vehicle motion controller, a control allocation, an inverse tire model and a lower-level slip/slip angle controller, is proposed for the over-actuated vehicle system. The high-level sliding mode vehicle motion controller is designed to produce desired total forces and yaw moment, distributed to longitudinal and lateral forces of each tire by an advanced control allocation method. And the slip controller is designed to use a sliding mode control method to follow the desired slip ratios by manipulating the corresponding in-wheel motor torques. Evaluation of the overall system is accomplished by sine maneuver simulation. Simulation results confirm that the proposed control system can coordinate among the redundant and constrained actuators to achieve the vehicle dynamic control task and improve the vehicle stability.     

电动轮车电子差速控制的试验研究

电动轮车是一种新型的采用电动轮驱动的电动汽车,电子差速控制是其关键技术之一。针对4轮独立驱动的低速电动轮车,在利用Ackerman转向模型对其转向时的4轮差速关系进行理论分析的基础上,通过推行转向试验确定了不同方向盘转角时的4轮差速关系,据此采用四路并行的轮边电机转速PID闭环控制实现了4轮的电子差速。实际道路工况的实车试验验证了所提出的基于推行转向试验确定4轮差速关系的电动轮车电子差速控制方法的有效性。     

四轮独立驱动电动汽车再生制动控制策略

为了提高四轮轮毂电机驱动的电动汽车续航里程,提出了综合考虑理想制动力分配和电机工作特性的再生制动控制策略。通过分析传统汽车理想制动力分配策略,综合考虑电机发电工作特性,在保证整车制动性能的基础上,通过减少机械制动的参与使整车前后轴电机均处于更好的发电状态,从而在保证整车制动效能的同时,回收更多的制动能量。通过CarSim和Matlab/Simulink商用软件联合仿真对提出的控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明:该控制策略能够通过有效地分配前后轴电机制动力和机械制动力,从而获得较好的制动能量回收效果。     

新型电动车电子差速控制策略研究

为了提高驱动轮独立控制的轮式电动车(EV)的转向控制性能，提出了新颖的电子差速控制策略.该控制策略参考路面状况和轮胎偏转率，采用比例控制估算每个驱动轮在转向时的目标滑移率，基于每个驱动轮的滑移率分配转矩，指出轮式驱动不宜采用车轮速度作为控制量，进而采用鲁棒性好的开关控制实施转矩控制.并构建了用于样车的基于DSP2407的电子差速控制系统.仿真和实验研究表明，相比于传统的机械差速器，采用新的控制策略后，提高了控制系统的鲁棒性和稳定性，车辆具有更佳的转弯性能和控制响应.     

四轮独立驱动轮毂电机电动汽车研究综述

基于轮毂电机驱动的电动汽车是未来汽车的重要发展方向,而针对四轮独立驱动轮毂电机电动汽车的发展和国内外研究现状,论文进行了综述。首先介绍了轮毂电机和轮毂电机电动汽车结构和控制特点,对四轮独立驱动轮毂电机电动汽车国内外研究概况进行了说明,最后指出从产品化角度四轮毂电机电动汽车在稳定性控制、城市工况节能控制方面进行深入的理论研究和实践探索,而充分发挥其控制优势进行基于驾驶员特性的智能控制是未来研究的重要内容。     

提高车辆转向稳定性的车身主动侧倾控制研究

车辆高速转向时，车身向弯道外侧倾斜，严重时会导致侧翻事故.针对此问题，开展了提高车辆转向稳定性的车身主动侧倾控制研究.首先建立了考虑横摆和侧倾运动的六自由度车辆动力学模型；然后确定了车辆在转向运动时的期望侧倾角，并以此为控制目标设计主动侧倾控制器，使车身实际侧倾角逼近期望侧倾角.在不同行驶工况下，仿真研究了车身侧倾角、乘员感知加速度和横向载荷转移率，并考察了实现主动侧倾控制所需的主动悬架功耗和由主动侧倾引起的悬架动挠度变化.研究结果表明：主动侧倾控制能实现车辆转向时实际侧倾角迅速逼近期望侧倾角，且在复杂行驶工况下依然能使车辆具有良好的行驶稳定性；主动侧倾控制减小了悬架的动挠度峰值，使乘员感知侧向加速度和横向载荷转移率都能快速接近零值，且实现主动侧倾的主动悬架功耗较小，保证了车辆的经济性能.     

重型半挂车侧倾稳定性仿真与分析

针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立了车速可变的八自由度动力学模型。在变车速情况下进行了阶跃转向输入下的仿真,并分析了重型半挂车结构参数和车速对其侧翻稳定性的影响。仿真结果表明:牵引车驱动轴为侧倾稳定性危险车轴,当车速过高或前轮转角过大时,首先离地;增大各轴轮距、降低簧载质量质心高度、提高半挂车悬架侧倾刚度、降低牵引车悬架侧倾刚度能够有效地提高重型半挂车侧倾稳定性。     

重载车辆转向安全性研究

为有效分析重载车辆的转向安全性,利用拉格朗日方法建立了整车转向模型和侧向平衡方程,定义侧翻余量和侧滑余量,并对侧翻和侧滑的顺序进行判定。在此基础上分析了路面横向附着系数等因素与车辆转向时侧向平衡性的关系,并进一步揭示了重载车辆侧倾和横摆惯性积对稳定性的影响。最后对某型实际重载车辆的转向特性进行了仿真验证,发现路面横向附着系数主要影响侧滑,车身质心高度和轮距宽度的比值主要影响侧翻,惯性积会影响系统的稳定性。     

电动车辆ABS的改进线性二次型最优控制

为充分利用轮毂电机控制精确和响应迅速的优势,提高电动车辆制动防抱死控制的稳定性,提出一种用于轮毂电机电动车辆制动防抱死系统(ABS)协调控制的改进线性二次型最优控制方法.建立电动车辆纵向动力学模型;结合复合制动系统的协调控制策略,分析现有线性二次型最优控制算法无法用于防抱死控制器设计的原因,提出一种通过构造虚拟阻尼量以及无穷小量来建立黎卡提方程的改进型线性二次型最优控制算法,并据此设计了防抱死控制器.在高附着路面、中附着路面和低附着路面3种不同行驶工况,对分别安装有改进线性二次型最优防抱死控制器和滑模防抱死控制器的电动车辆的紧急制动性能进行了仿真分析.结果表明:在不同附着系数路面行驶工况下,改进线性二次型最优控制算法能够有效提高电动汽车防抱死控制系统的控制精度和响应速度.     

匹配机械弹性车轮的汽车稳定性分析

为深入研究匹配机械弹性车轮(MEW)的某越野车的横摆与侧翻稳定性,利用刷子理论模型,建立MEW纵滑与侧偏理论模型;利用平板式轮胎力学特性试验台分别对MEW和普通子午线充气轮胎进行了对比试验,验证了理论模型的正确性.以横摆角速度和预测载荷转移率(PLTR)分别作为横摆稳定性和侧翻稳定性的评价指标,并建立匹配MEW的整车非线性Carsim仿真模型,基于相平面分析方法研究MEW侧偏力学特性对汽车横摆与侧翻稳定性的具体影响规律.结果表明:MEW与子午线充气轮胎侧偏特性曲线的变化趋势基本一致,侧向力峰值基本相同,但MEW的侧偏刚度较大,匹配MEW的整车侧翻稳定性较好,横摆稳定性较差;增大MEW的侧向力峰值的同时适当减小侧偏刚度值,可以提高匹配MEW汽车的横摆与侧翻稳定性.研究结果可为车轮侧偏性能的改进及车轮结构优化提供相应的理论依据.     

车辆弯道行驶侧倾稳定性分析与侧翻预警研究

车辆在弯道上高速行驶易发生侧翻事故,为此研究了车辆弯道防侧翻预警算法.首先分析车辆弯道行驶的侧倾稳定性,进而导出车辆弯道行驶侧向加速度极限方程,结合弯道半径等道路信息计算车辆进入弯道的安全车速.通过硬件在环驾驶模拟试验台对该预警算法进行验证,结果表明:该算法能对驶入弯道且具有侧翻风险的车辆进行预警,以有效避免侧翻,同时提高弯道车辆通行效率.     

电动汽车盘式轮毂永磁电机设计

为了合理地设计盘式轮毂永磁电机,利用盘式永磁电机对电动汽车轮毂进行了研究.在对电动汽车特性要求以及电机结构、材料、特点分析的基础上,选用盘式无铁芯永磁同步电机作为电动汽车轮毂直驱电机.为选择理想的电机参数,通过理论分析的方法对轮毂式电动汽车总体动力性能进行分析计算,讨论了决定轮毂电机选择的电动汽车3项主要性能指标：最高车速、加速时间与最大爬坡度.根据电动汽车的性能要求,最终合理地确定了轮毂电动机的功率、转速与转矩,给定了轮毂电动机的主要参数,为轮毂盘式电机的设计提供了依据.     

Research on Vehicle Control Technology Using Four-Wheel Independent Steering System

In recent years,the vehicle stability has beenstudied with strong interest in four-wheel steeringtechnology[1].Along withthe further research,someproblems of four-wheel steering became obvious.Be-cause the deduction of the vehicle turning mathemati-cal model is always on the basis of bicycle model,whichleads to both rear wheel steering angles are thesame while vehicle steering[2,3].Evenif the actuatorfor rear wheel steering just drives a tie rod linkage,the designfor thislinkageis rather diffi…     

汽车高速紧急避障路径跟踪与主动防侧翻控制

为提高匹配机械弹性车轮汽车在高速紧急避障时的效率与安全性,在Simulink中建立了整车非线性八自由度模型,并基于车轮样机台架试验数据,利用Matlab遗传算法工具箱对机械弹性车轮模型参数进行分级辨识.综合考虑行驶车速、轨迹跟踪误差、方向盘转角以及侧翻评价指标,建立了八自由度驾驶员—汽车预瞄跟随闭环系统模型.分析了汽车在不同行驶车速时所需的方向盘角输入信息与侧翻状态响应,总结出汽车高速转向时的侧翻动态特性.为高速安全通过规划的避障路径,在转向控制驾驶员模型基础上建立了速度控制驾驶员模型,当侧翻评价指标超过安全阈值时利用制动踏板降低车速,当纵向车速小于期望安全车速时利用加速踏板提高车速.仿真分析表明建立的高速避障路径跟踪与控制策略能高效完成避障路径跟踪,同时能有效降低紧急避障时的侧翻风险.     

惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响

建立了包括馈能电机及其控制模型在内的馈能减振器Matlab/simulink仿真模型,分析了惯性力对馈能悬架阻尼特性的影响。利用结构振动分析方法,推导出馈能悬架固有频率的计算公式及对路面激励的传递特性。通过改变惯量比,分析了惯性质量对车身加速度、悬架动挠度和车轮相对动载荷的幅频特性的影响。结果表明:惯性质量使馈能悬架的共振频率较传统悬架提前;性能方面,低频共振区特性有一定的改善,而对高频共振区传递特性产生不利影响;更高激励频率对平顺性不利,而对安全性影响不大。     

双半挂汽车列车操纵稳定性分析

分析车辆参数变化对双半挂汽车列车操纵稳定性的影响. 提出新的建模分析方法,建立双半挂汽车列车三质心四自由度线性单轨模型. 在牵引车前轮角阶跃输入下,运用Matlab软件求解动力学状态方程,得到稳态响应评价中3个车辆单元的稳态横摆角速度增益表达式和不足转向梯度表达式,以及3个车辆单元两两之间的稳态相对增益表达式. 分析载荷量和鞍座位置等车辆结构参数对3个车辆单元不足转向梯度的影响,分析不足转向梯度、质心位置和鞍座位置变化对3个稳态相对增益表达式的影响. 结果表明,当载荷增加时,须恰当调整2个鞍座的位置,确保3个车辆单元处于不足转向的状态,使汽车列车行驶状态良好. 研究结果为双半挂汽车列车的结构参数设计和操纵稳定性改善提供了理论基础.     

基于改进天棚阻尼的半主动悬架系统动力学与电磁兼容特性分析

磁流变阻尼器(MRD)对实现智能车辆悬架系统具有重要的应用价值. 在建立整车7-DoF悬架系统模型和修正的MRD Bouc-wen滞环模型基础上,应用磁流变(MR)“四分之一”车辆悬架系统的改进型天棚阻尼控制策略,设计了一种对整车4个MR悬架子系统进行独立控制的半主动异步控制器,并考虑整车前、后轮的间距,应用带延时的谐波和平滑脉冲,及实测的随机路面信号作为路面对车轮的激励输入,对MR悬架和被动整车动力学系统的垂直、俯仰和侧倾运动性能进行了系统的比较研究,同时验证了控制器的电磁兼容特性. 结果表明:提出的基于天棚阻尼策略的半主动控制器能理想地改善MR整车悬架系统的乘坐舒适性和操纵安全性等多目标悬架性能,其控制电流的传导与辐射噪声均满足国家标准要求,为进一步开展MR智能车辆悬架系统的半主动解耦控制研究奠定了理论基础.     

汽车主动悬架系统LMS自适应控制技术研究

根据汽车行驶平顺性和操纵稳定性的评价方法，确定簧上质量的加速度、车轮与地面问的动载荷以及簧上、簧下质量的动挠度为评价指标。选择LMS自适应滤波算法，通过调整自适应滤波器的权系数使二次性能指标达最小，针对简化的车辆模型，将被动悬架系统与LMS自适应主动控制悬架系统相对比，结果分析表明LMS自适应主动控制策略理论上在悬架系统中的应用是切实可行的，悬架系统性能明显提高。