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.     

基于液力缓速器换挡控制的半挂汽车列车制动稳定性

针对液力缓速器改变半挂汽车列车车轮制动力分配会影响制动稳定性的问题,提出了一种液力缓速器换挡控制策略。根据牵引车后轴车轮与半挂车车轮的转速关系,对液力缓速器工作挡位进行主动调控。以半挂汽车列车车轮最佳抱死顺序为控制目标,采用Matlab/Stateflow设计换挡控制策略,并与半挂汽车列车整车动力学Matlab/Simulink模型联合仿真,分别模拟直线制动车轮抱死情况和直线制动受侧向力时的横向运动情况。仿真结果表明:本文换挡控制策略能使半挂汽车列车保持最佳抱死顺序,减小在部分路面上的制动距离,并且提高汽车列车直线行驶制动受侧向力作用时的横向稳定性。     

半挂汽车动态垂直载荷转移量算法

提出了一种适用于半挂汽车等铰接车辆的动态垂直载荷转移量算法,该算法考虑了鞍座等相关因素对半挂汽车车轮垂直载荷转移量的影响。基于九自由度半挂汽车动力学模型,对转角输入条件下半挂汽车动态垂直载荷变化进行了系统的分析,并利用实用化半挂汽车动态仿真平台TruckSim对相关模型进行了对比验证。研究结果表明,该算法能更加准确地分析半挂汽车垂直载荷变化,对车轮垂直载荷转移量的估计值可提高约10%,从而解决了传统算法在适应性和准确性上不足的问题。     

基于闭环非线性系统的半挂汽车列车行驶稳定性分析

为了分析半挂汽车列车非线性系统的行驶稳定性,以单点预瞄驾驶员模型与半挂汽车列车三自由度非线性模型的耦合系统为研究对象,应用李雅普诺夫一次近似定理,在线性范围内分析了系统参数的特征根轨迹以及驾驶员预瞄时间和轮胎侧偏刚度对临界车速的影响。分析结果表明:轮胎侧偏刚度对半挂汽车列车临界车速影响很大,随侧偏刚度增加,临界车速呈上升趋势,并且轮胎侧偏刚度与临界车速呈非线性关系;不同的预瞄时间对应不同的临界车速,并且存在一个最佳的预瞄时间。     

双半挂汽车列车转弯运动轨迹仿真分析

建立了双半挂汽车列车的运动学模型,给出了其转弯运动轨迹的一种求解方法,并用MATLAB软件仿真得到各个车辆单元,包括牵引车前轴和后轴、第一节半挂车后轴和第二节半挂车后轴转弯运动的轨迹。最后通过不同结构参数包括半挂车轴距和铰接点位置的设定,对比分析了各轴中点运动轨迹的变化;研究结果表明,对半挂车后轴进行主动转向控制,能有效改善双半挂汽车列车的转向灵活性和运行稳定性。     

寒区危险路段半挂汽车列车横向稳定性控制策略

针对半挂汽车列车在寒区山地公路危险路段行驶会发生折叠、甩尾和侧翻的问题,以国内某款半挂汽车列车为研究对象,基于汽车动力学理论建立六自由度半挂汽车列车动力学数学模型;运用Truck-sim完成半挂汽车列车整车模型和危险路段模型的建立,依据半挂汽车列车发生侧翻和横摆失稳的原理,确定了半挂汽车列车侧翻和横摆失稳的判定条件。以半挂汽车列车的理想状态参数和实际状态参数的差值为控制目标,借助Simulink建立了基于线性二次型调节器(LQR)控制算法和差动制动的半挂汽车列车防侧翻和横摆失稳控制策略;选取哈牡高速公路较为典型的危险路段,改变路面附着系数对应不同实际情况下的路面,通过Truck-sim与Simulink联合仿真进行场景重构,对本文控制策略进行仿真试验。结果表明:在哈牡高速公路K398-K406段S形弯道公路上,路面附着系数为0.1、0.25和0.35时,能够实现牵引车侧倾角最大值减小0.05°、0.04°和0.1°,半挂车侧倾角最大值减小0.04°、0.01°和0.1°,路面附着系数为0.35时,减小幅度最大,分别为40%和23.26%。在哈牡高速公路K273-K274段弯坡路上,路面...     

欠驱动半挂汽车列车的运动建模与跟踪控制

应用车辆系统动力学理论,建立了以车辆参考坐标系和地面坐标系的欠驱动汽车列车动态模型。为了简化验算和求解过程,采用准确线性化方法对建立的系统模型进行线性化。在此基础上,针对小曲率转弯半径的车辆运行轨迹,建立了极坐标下的汽车挂车系统运动学模型,应用滑模变结构控制理论,给出了车辆系统状态变量向超平面收敛的方法。最后,对平滑运动轨迹和小曲率转弯半径的跟踪控制进行了仿真分析。仿真实验结果表明:所设计的反馈控制器能改善汽车列车对行驶路线的跟踪能力,使偏离的车辆快速返回到期望的稳态轨迹上。     

半挂汽车列车操纵稳定性的正交仿真分析

针对半挂汽车列车操纵稳定性影响因素复杂的特点,应用Arcsim软件对半挂汽车列车进行建模仿真,用正交实验法分析了重要参数对有关性能的影响,并进行了优化。结果表明该模型能够很好地模拟半挂汽车列车的运动状态,优化结果为牵引车-半挂车列车的性能研究和设计提供了参考。     

智能汽车纵横向整体反馈线性化控制

针对智能汽车纵横向耦合非线性导致的控制系统模型复杂度高以及轮胎侧偏刚度不确定性影响控制效果的问题,提出了一种基于轮胎侧偏刚度估计的纵横向整体反馈线性化控制方法。首先,建立智能汽车纵横向耦合动力学模型和轨迹跟踪偏差模型;其次,对车辆模型的线性化条件进行了判定,利用李雅普诺夫稳定性分析方法设计了可以保证系统稳定和跟踪误差渐近收敛的虚拟控制律;然后,对轮胎侧偏刚度进行了实时估计;最后,通过基于CarSim/Simulink的高速紧急双移线仿真实验,验证了本文提出的方法可使智能汽车在纵横向耦合工况行驶时具有良好的轨迹跟踪性能和稳定性。     

基于模型预测的车辆稳定控制

利用三自由度车辆模型设计了模型预测控制器,发动机力矩PI控制器和制动力矩模糊控制器。并针对制动单移线转向行驶典型工况进行了仿真验证,结果表明,所设计的车辆稳定性控制器具有良好的控制效果,能够明显的改善车辆操纵稳定性;开发的制动力矩算法能够充分利用各个车轮的制动力,使得在发动机力矩改变和主动制动压力等输入都较小的情况下,获得较好车辆操纵稳定性。     

铰接车体转向横摆稳定性

考虑前后车体质心侧偏角、车轮的侧偏角、后车体的侧向和横摆运动以及前车体的横摆运动建立了铰接车体三自由度转向动力学方程,并推导出转向角输入和车体绝对横摆角速度输出的传递函数。通过对前后车体横摆角速度增益的分析,总结出前后车体不同转向类型组合对整车的稳态转向特性的影响。稳态回转和阶跃响应试验获得的实测数据与仿真结果趋势一致,验证了运动数学模型的合理性。     

一类不确定非线性系统的模糊动态输出反馈控制

用模糊T－S模型对一类不确定非线性系统进行模糊建模,在此基础上研究了基于观测器的模糊状态输出反馈控制,并给出模糊闭环系统二次稳定的充分条件及其反馈控制增益和观测器增益的求法输出反馈控制器的设计。     

基于转向稳定性的汽车悬架协调优化

基于试验研究建立了某款车用磁流变阻尼器的数学模型。利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立了某款乘用客车整车多体动力学模型和虚拟仿真环境。针对半主动悬架系统和转向系统对汽车操纵稳定性的影响,提出了一种PID神经网络协调控制器,并在Matlab环境中定义了半主动悬架协调控制器与整车多体动力学模型的数据交换接口,实现了汽车半主动悬架和转向系统的协调控制。仿真结果表明:PID神经网络协调控制策略可以抑制由悬架传递的振动,调节汽车转向时车身的横摆及侧倾运动,有效地解决了汽车悬架设计中操纵稳定性与行驶平顺性之间的矛盾。     

汽车转向操纵的单神经元自适应控制

基于汽车操纵稳定性总方差评价方法和神经网络控制理论,建立了汽车转向单神经元自适应PID控制算法。利用操纵稳定性评价中的轨迹跟随误差和方向盘忙碌程度的评价指标,建立了神经元学习的二次型性能指标函数,并采用梯度下降算法实现了单神经元控制器的连接权值的调整。最终采用汽车7自由度非线性动力学模型进行了不同行驶速度下的仿真计算。结果表明:该控制算法可较为精确地控制汽车对预期行驶轨迹的转向运动,并体现出良好的鲁棒性和自适应性。     

基于多级鲁棒PID控制的汽车稳定性控制策略

利用AMESim软件搭建了整车和液压制动系统模型。将基于H∞控制理论的PID控制算法应用于汽车稳定性控制的研究。根据车辆行驶状态的变化调整鲁棒PID控制器的参数,构建以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的汽车稳定性控制算法。进而利用PID控制算法得出制动轮缸压力,实现了整车的稳定性控制。利用Matlab/Simulink和AMESim建立联合仿真平台,对控制算法进行验证。结果表明,该控制算法具有很好的实时性和控制效果,能够满足车辆稳定性控制的要求。     

Investigation on full vehicle height control algorithm using feedback linearization method

Aiming to improve the control accuracy of the vehicle height for the air suspension system, deeply analyzing the processes of variable mass gas thermodynamics and vehicle dynamics, a nonlinear height control model of the air suspension vehicle was built. To deal with the nonlinear characteristic existing in the lifting and lowering processes, the nonlinear model of vehicle height control was linearized by using a feedback linearization method. Then, based on the linear full vehicle model, the sliding model controller was designed to achieve the control variables. Finally, the nonlinear control algorithm in the original coordinates can be achieved by the inverse transformation of coordinates. To validate the accuracy and effectiveness of the sliding mode controller, the height control processes were simulated in Matlab, i.e., the lifting and lowering processes of the air suspension vehicle were taken when vehicle was in stationary and driving at a constant speed. The simulation results show that, compared to other controllers, the designed sliding model controller based on the feedback linearization can effectively solve the "overshoot" problem, existing in the height control process, and force the vehicle height to reach the desired value, so as to greatly improve the speed and accuracy of the height control process. Besides, the sliding mode controller can well regulate the roll and pitch motions of the vehicle body, thereby improving the vehicle''s ride comfort.     

平衡态控制理论及非线性时变系统反馈线性化直接方法

目的给出一种简单有效的非线性时变控制系统设计方法.方法提出了动平衡态及其稳定性的概念.指出控制系统输入直接控制的是系统的动平衡态而不是系统的状态.在此基础上,给出了一种基于李雅普诺夫直接方法的非线性时变系统反馈线性方法并进行了仿真研究.结果实例和仿真表明采用这一方法不仅使控制系统的设计变得简单,同时其控制效果也是令人满意的.结论新方法将控制系统设计的调节问题与跟踪问题统一起来,是一种简单和有效的非线性时变控制系统设计方法.     

多轴转向车辆的转向性能

建立了多轴转向车辆的三自由度动力学普适方程,对多轴转向车辆的不同转向方式进行对比分析。分析了多轴转向性能评价参数与车速的关系以及车辆在时域和频域的响应。分析结果表明:多轴转向车辆的转向特性取决于车身质心的位置、轮胎的侧偏刚度、各轴的分布、各轴的质量及控制算法。对于同一多轴转向车辆,前轮转向和全轮机械转向的转向性能较为接近,采用零侧偏角控制策略的多轴转向车辆在高速运行时,车辆的横摆角速度、侧偏角和车身的侧倾角都比前轮转向和全轮机械转向要小,系统反应也更快捷,显著提高了车辆的稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性。