Nonlinear Derivative and Integral Sliding Control for Tracked Vehicle Steering with Hydrostatic Drive

在静液驱动履带车辆转向过程中,车辆的运动状态总是不确定的,且阻力存在非线性、大范围的变化。因此,提高静液驱动履带车辆的转向稳定性,满足未来战场的需要具有重要意义。本文提出了一种滑模控制算法,并将其应用于保证期望横摆角速度的控制。首先通过运动学和动力学分析,建立了速度控制器和横摆角速度控制器。其次设计了非线性微分积分滑模控制算法,通过积分控制项降低积分饱和,有效地抑制不光滑路面的扰动,通过非线性微分控制项提高了系统的反应速度,减小了控制量的抖振。在RecurDyn中对静液驱动履带车辆进行建模,在控制软件MATLAB/Simulink中对转向控制策略模块进行建模。整个模型的联合仿真表明,该控制策略能够提高车辆的转向响应速度,平滑控制输出,且抖振小,具有较强的鲁棒性。     

静液传动高速履带车辆转向参数匹配与控制

为了解决静液传动履带车辆转向时外侧系统压力容易过高以及转向轨迹控制问题,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了外侧马达采用压力、发动机转速双参数控制,内侧跟随外侧采用速度闭环控制的转向控制策略,对目标相对转向半径与方向盘转角、车速,马达排量与发动机转速、系统压力等参数进行了匹配。建立了整车转向仿真模型与实车实验系统。仿真与实验结果表明,控制策略能有效控制系统压力,参数匹配结果能满足转向控制要求,车辆按照目标相对转向半径实现了准确快速转向。     

履带车辆静液驱动系统的直驶裕度设计

以某静液驱动高速履带车辆为研究对象,通过引入爬坡裕度系数和速度裕度系数表征静液驱动履带车辆爬坡、最大车速等直驶工作能力。系数大小体现了系统克服动态冲击和工况适应能力的强弱,适宜的系数设置可以指导履带车辆静液驱动系统的设计。研究表明:在良好路面(如沙石土路)上爬坡裕度系数取值不小于1.07,速度裕度系数取值为1.67～1.88时可以基本满足车辆的直驶需求。     

铰接式履带车辆的结构参数对转向性能的影响

建立了铰接式履带车辆软路面稳态转向数学模型，分析了车辆宽长比、铰点位置、后车与前车长度比等因素对转向性能的影响。利用铰接式履带车辆模型的转向试验，验证了理论分析结果。     

基于预瞄模糊自适应PID的电动履带自主车辆的轨迹控制

针对研制的无人地面武器机动平台驱动系统的转向及轨迹控制提出了一种解决方法.将机器人的轨迹误差、方向误差纳入控制闭环中直接控制机器人的方向和位置.通过对无刷.直流电动机驱动履带车辆的转向机理与控制的分析,在模糊自适应PID控制的基础上,运用预瞄跟随理论,设计了一个根据预先给定的轨迹来控制电驱动履带车辆自主行驶的转向控制器,结合小型无人地面武器机动平台,进行了仿真实验研究,结果表明了该方法的有效性.     

基于双功率流差速转向履带车辆关键参数研究

为了适应复杂环境和非结构化地形,提出一种具有平衡摇臂的双功率流差速转向的履带车辆动力底盘。该履带车能够实现调节地隙、自适应路面、障碍物跨越、灵活的姿态调节和稳定的姿态保持以及轮履复合的设计要求。本文确定了具有差速转向机构的履带车辆的总体构型方案,根据驱动力和行驶阻力的平衡建立了行驶模型,根据履带车辆爬坡角度和爬坡速度,建立了爬坡时所需功率模型,以此为基础,确定了移动机器人爬坡时驱动电机最大功率与最大爬坡度和爬坡时的车速之间的关系,分析和计算了履带车辆直线行驶电机、转向行驶电机、摆臂调节电机的功率,推导出了转向时内外侧履带所受的转向阻力矩,并确定了车辆对质心总转向阻力矩。该研究成果能为履带车辆的样机研制和试验提供了理论依据和研究手段。     

低附着路况条件下人车共享转向系统稳定控制

针对冰雪天气车辆更容易失稳的情况,研究了低附着、不对称路面情况下车辆对参考路径的稳定跟踪问题,同时考虑了驾驶员与智能控制器的协同共享,讨论了共享方式和驾驶权分配,以提高车辆在冰雪路面复杂路况下的跟踪精度和转向稳定性,保证驾驶员的驾驶体验。此外,建立了左右轮不对称的适用于冰雪路面的车辆模型,并确定了将冰雪路面下车辆转向稳定性约束作为后续模型预测控制求解的一部分,在人车共享结构下,基于模糊推理权重分配策略设计了共享转向模型预测控制器。Simulink/CarSim联合仿真验证了本文控制系统能有效提高车辆跟踪精度和行驶稳定性。     

铰接式履带车辆的结构参数对转向性能的影响

建立了铰接式履带车辆软路面稳态转向数学模型，分析了车辆宽长比，铰点位置，后车与前代度比等因素对转和性能的影响，利用铰接式履带车辆模型的转向试验，验证了理论分析结果。     

高速电驱动履带车辆紧急制动控制策略

为了改善高速双侧电机驱动履带车辆在履带-地面接触条件较差时紧急制动的操控性能并减少制动距离,通过对履带车辆直线行驶动力学和其机械制动器、永磁同步电机及液力缓速器等制动执行机构进行动力学建模分析,提出基于滑模鲁棒控制、制动扭矩预分配规则和前馈补偿控制的机电液联合紧急制动防抱死控制策略. 以配备有DS2680 IO板卡和DS2671总线板卡的dSPACE SCALEXIO实时主机为核心搭建驾驶员输入在环的半实物在环,并针对高速双侧电机驱动履带车辆在雪地上以初速度为80 km/h进行紧急制动的工况,进行实时仿真和驾驶员在环试验. 仿真和试验结果表明：相对于常规履带车辆紧急制动控制方法,提出的策略能够更有效地将车辆滑移率保持在合理范围内,更好地利用地面附着力,并缩短了制动距离.     

多履带车辆转向性能分析

分析了履带着地段速度瞬心的偏移与履带受力的关系，并通过单履带试验进行了验证，在此基础上建立了多履带车辆稳态转向的数学模型。模型中考虑了履带板的纵向和横向滑移及履带宽度。对模型进行的数值计算分析了多履带的不同布置方案、转向方式及驱动履带条数对转向性能的影响。     

履带车辆自动变速系统的智能控制方法

分析了履带车辆复杂多变的行驶工况,针对车辆行驶状态参数、路面状况和驾驶员操纵信息的人-车-路闭环系统,确定了履带车辆智能换挡控制的主要原则.运用智能控制理论,提出了履带车辆自动变速系统实现模糊神经网络控制的总体方案和技术路线,系统可自动适应复杂多变的车内外行驶情况,以提高履带车辆的动力性和越野机动性.     

四轮独立驱动电动汽车动力学控制系统仿真

论述了四轮独立驱动系统作为汽车驱动系统的优势及在电动汽车上应用的技术潜力。比较了ICEV动力学控制系统与EV动力学控制系统的区别,提出了四轮独立驱动电动汽车的新动力学控制方法。该方法利用前轮转向角和车速的前馈控制与基于质心侧偏角和横摆角速度的误差反馈控制相结合来控制车辆运动状态,并通过最优控制的方法确定了反馈系数。建立了整车数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件生成系统的仿真模型,对所述控制系统进行了仿真研究。结果表明:前馈与反馈相结合的控制系统在各种路面条件下均可明显改善汽车的动力学性能。     

半挂汽车转向稳定性反馈线性化控制

建立了半挂汽车非线性动力学模型,分析了车辆在低附着系数路面上高速转向行驶稳定性。采用遗传算法和相平面法估计了行驶速度为16.7～25m/s时车辆稳态前轮临界转角。基于非线性反馈线性化跟踪控制理论,以牵引车横摆角速度和铰接角为控制对象,设计了半挂汽车前轮主动转向和鞍座直接横摆力矩联合控制的前馈和反馈复合控制器。车辆高速阶跃转向和单移线工况仿真结果表明:联合控制器对于提高半挂汽车横向稳定性效果较好。     

多轴转向车辆侧向动力学分析

利用拉格朗日分析力学体系,推导了考虑转向系统刚度、轮胎侧偏刚度和转向助力等因素的线性多轴转向车辆的三自由度普适动力学方程.利用两轴车辆动力学方程验证了多轴转向车辆动力学方程的正确性和普适性.基于上述普适方程,给出了车辆稳态圆周行驶的评价参数.探讨了采用质心零侧偏角控制策略的多轴转向车辆转向特性.分析了影响多轴转向车辆转向性能的因素.通过仿真分析、理论推导和试验相结合的方法验证了所推结论的正确性.为多轴转向车辆的设计和转向性能评价提供了理论依据.     

汽车电动助力转向系统转向盘转矩直接控制策略

为改善汽车转向轻便性和路感的问题,设计了以转向盘转矩为控制目标的电动助力转向系统。在分析电动助力转向系统数学模型的基础上,建立了基于Simulink的电动助力转向系统仿真模型。仿真结果表明,所设计的电动助力转向系统,在改善转向轻便性和路感问题的同时,控制性能不受系统参数变化的影响,具有稳定的转向盘转矩特性。     

基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法

以29自由度汽车动力学模型为基础,提出了保证汽车转向增益不变的理想传动比稳态控制策略,使线控转向汽车转向特性不受车速和方向盘转角变化的影响;提出了基于状态反馈的动态校正稳定性控制算法。仿真和驾驶模拟器实验表明,基于理想转向传动比的稳态控制策略保证了汽车转向增益不变,减轻了驾驶员的负担,适合于更多的驾驶人群;基于状态反馈的动态校正稳定性控制算法有效提高了汽车的稳定性。     

衰减转向盘冲击力矩的电动助力转向控制

针对汽车经过凸块或不平路面时导致转向盘上产生过大冲击力矩给驾驶员带来不适感的问题,通过建立电动助力转向动力学模型估计折算到转向小齿轮上的路面冲击力矩,最终确定出路面冲击补偿电流,用以衰减由路面冲击而产生的转向盘冲击力矩。实车试验结果表明,本文方法能够在不增加电动助力转向系统元件的基础上,有效衰减转向盘冲击力矩,有较好的实际应用价值。     

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

讨论了与两种不同转向控制策略相应的人－车闭环系统的运动特征，即通过给转向盘施加转向力矩或使转向盘转过一定角度来实施其转向的策略。仿真计算表明，当不足转向度小的汽车高速行驶时，驾驶员采用给转向盘施加转向力矩的控制策略具有更小的跟随误差，并且校正参数的变化范围也小得多，这说明采用此策略对车况的改变有更好的适应性。     

使用电动转向器的汽车操纵稳定性研究

研究了司机转向行为的控制理论模型，并将之与同一汽车的横摆和侧向速度的两个主要模型结合在一起，横摆角速度反馈与电动转向系统结合在一起来改善汽车的操纵稳定性．仿真结果显示了汽车操纵稳定性的提高．     

Multi-objective optimization of active steering system with force and displacement coupled control

A novel active steering system with force and displacement coupled control (the novel AFS system) was introduced, which has functions of both the active steering and electric power steering. Based on the model of the novel AFS system and the vehicle three-degree of freedom system, the concept and quantitative formulas of the novel AFS system steering performance were proposed. The steering road feel and steering portability were set as the optimizing targets with the steering stability and steering portability as the constraint conditions. According to the features of constrained optimization of multi-variable function, a multi-variable genetic algorithm for the system parameter optimization was designed. The simulation results show that based on parametric optimization of the multi-objective genetic algorithm, the novel AFS system can improve the steering road feel, steering portability and steering stability, thus the optimization method can provide a theoretical basis for the design and optimization of the novel AFS system.