四轮转向车辆后轮转角模糊控制器的研究

为了增强车辆转向时的操纵稳定性,建立了包含侧向运动、横摆运动、侧倾运动三个自由度的四轮转向车辆三自由度动力学模型。以前轮转角和车速作为输入,利用模糊控制理论,建立了决策后轮转角大小的模糊控制器。最后运用Matlab/Simulink软件,进行前轮角阶跃试验,并与基于比例控制、反馈控制的四轮转向车辆进行对比仿真。仿真分析结果表明:所建立的四轮转向车辆后轮转角模糊控制器能够有效地缩短车辆到达稳定状态的时间,并能有效地减小质心侧偏角、横摆角速度以及侧倾角的稳态值,从而有效地提高了车辆中高速转向时的操纵稳定性。     

基于虚拟样机技术的多轴转向车辆建模与仿真分析

为提高目前多轴转向车辆模型的精确度,以三轴车辆为研究对象,利用虚拟样机技术,在ADAMS/CAR中建立了三轴全轮转向车辆的动力学模型,依据三轴全轮转向车辆的零质心侧偏角转角控制策略,对全轮转向进行了相应设置。为验证车辆的操纵稳定性能,对其进行了仿真分析,主要考查其在低速大转角和高速小转角行驶情况下的响应特性,并与传统的前轮转向车辆进行了对比,结果表明全轮转向车辆在低速转弯时机动性高,中高速转向时稳定性好。     

汽车动力学模型仿真

为了模拟汽车的操控稳定性,在MATLAB/SIMULINK平台上建立了七自由度车辆动力学仿真模型.嵌入某汽车参数后,对模型进行了前轮转角阶跃输入下的仿真分析.结果表明,搭建的模型可以真实地反映车辆运动特性的变化.     

智能电动车横向控制策略研究

针对智能电动车自动横向控制,建立了车辆横向动力学模型,设计了电动车转向控制器的模型预测(MPC)算法。将前轮转角作为控制输入变量,与期望轨迹的横向距离偏差、横摆角偏差及两者的变化率作为状态变量,控制器对车辆未来的状态变量进行预测,输出最优前轮转角,实现智能横向控制。在控制过程中,同时引入期望状态参数和系统松弛因子,优化车辆行驶状态。利用软件进行联合仿真,并进行实车试验。研究结果表明:控制器均能迅速响应,消除偏差,使车辆快速回到期望轨迹,保证车辆稳定平顺地行驶。     

基于改进遗传算法的车辆转向机构优化与误差仿真

针对车辆在高速行驶过程中的转向机构运动轨迹存在误差较大问题,采用改进遗传算法对车辆转向机构进行优化.创建车辆转向机构简图模型,建立内前轮转角的几何关系式.构造优化目标函数,采用改进遗传算法对车辆转向机构约束参数进行优化.将优化后的参数输入到Matlab软件中进行内前轮转角误差仿真,并且与优化前仿真结果进行比较和分析.仿真结果显示,车辆在高速行驶过程中,优化前的车辆内前轮转角最大误差为0.45°,而优化后的车辆内前轮转角最大误差为0.31°,相对误差降低了31.1%.采用改进遗传算法优化车辆转向机构,可以提高车辆内前轮转角精度,从而提高车辆在高速转向时的安全性.     

车速与前轮转角的极限关系分析

针对车辆行驶时前方突然出现障碍物,车辆紧急转向避撞的工况,为保证车辆安全稳定,分析车辆转向过程中车速与前轮转角间的极限关系。首先对最大侧向加速度法以及最小总方差法进行理论分析,通过具体实例对两种方法进行比较。然后采用ADAMS/CAR建立车辆虚拟样机模型,对其进行角阶跃动力学仿真,在保证车辆转向稳定的条件下,获取车速与前轮转角间的极限关系,并与理论分析进行比较,得出三种方法的优缺点以及适用情况,为先进驾驶辅助系统或无人驾驶提供理论依据。     

基于ANFIS的四轮转向汽车控制策略研究

针对前轮转向(2WS)汽车低速转弯半径大,高速稳定性差的问题,以二自由度四轮转向(4WS)车辆为研究对象,建立了汽车动力学模型和运动方程,结合模糊控制与人工神经网络控制形成自适应神经模糊推理(ANFIS)。以前轮转角和车速作为输入变量,后轮转角为输出值,建立包含训练样本的仿真实验模型,基于混合法训练得到自适应神经模糊推理控制器,在MATLAB/Simulink中建模,然后在低速和高速条件下,将自适应神经模糊推理控制器与前轮转向、前轮比例控制4WS、横摆角速度反馈控制4WS这三种控制策略进行仿真对比分析。仿真结果表明:自适应神经模糊控制使车辆在低速和高速时质心侧偏角趋近于零,横摆角速度和侧向加速度更加接近前轮转向车辆,具备优异的转向效果,极大地提高了车辆的行驶稳定性。     

高速无人驾驶车辆最优运动规划与控制的动力学建模分析

在高速无人驾驶车辆的运动规划与跟踪控制过程中,滑移和侧倾是很难克服的高度非线性约束,特别是在复杂地形条件下,容易导致车辆失稳甚至侧翻。通过研究地形因素对车辆转向特性和稳定性的影响,建立高速车辆的等效动力学模型,并提出了一种变步长的模型离散化方法,能够在保证及时动态响应的基础上,实现较长的轨迹预测时域以及计算的实时性。针对高速无人驾驶车辆的滑移和侧倾等动力学安全因素,通过对车辆稳定行驶状态进行分析,推导了基于包络线和零力矩点的高速车辆稳定性约束条件。根据在高速、滑移、侧倾等复杂约束下车辆安全行驶的要求,运用模型预测控制算法求解最优运动轨迹及跟踪控制序列,在保证道路环境约束的同时满足车辆的滑移和侧倾等稳定性约束。仿真试验表明,该方法可以有效的考虑道路曲率和地形对高速车辆动力学特性的影响,保证车辆无碰撞行驶,同时防止车辆出现滑移和侧倾等现象。     

基于多轴电液伺服转向系统的重型车辆操纵稳定性研究

车辆的操纵稳定性是影响车辆行驶安全性的关键因素,操纵稳定性分析通常基于经典线性二自由度车辆动力学模型。该模型忽略了转向系统的影响,直接以前轮转角为输入,无法充分描述车辆的操纵稳定性。以多轴电液助力式转向车辆为研究对象,在二自由度动力学模型的基础上进一步考虑了电液伺服转向系统对车辆操纵稳定性的影响,建立以转向盘转角为输入的多轴电液助力式转向车辆二自由度动力学模型并进行仿真分析。结果表明,电液伺服转向系统模型的加入显著增加了多轴车辆到达稳态转向的时间,且在小转角转向时车辆瞬态质心侧偏角峰值降低,车辆操纵稳定性有所改善。因此,考虑电液伺服转向系统部分的模型可有效提升重型多轴车辆转向性能分析的准确度。     

基于视觉复杂环境下车辆行驶轨迹预测方法

安装在车辆正前方的电荷耦合摄像机(Charge coupled device,CCD)实时获取道路图像,利用灰度和梯度特征构成目标函数,并用抛物线模型拟合道路边界,使弯道路径和直道路径的识别统一化。将识别分成三个阶段,并设定出各阶段的抛物线参数感兴趣区。采用遗传算法,对抛物线各参数进行优化。通过初始化编码、计算适应度、多点交叉及变异等过程,搜索出目标函数值近似最大的抛物线,即最优解。通过道路识别得到道路曲率、预瞄点处的侧向偏差和方位偏差等,为轨迹预测提供信息。基于运动学模型的车辆前轮转角,根据动力学特性对其进行修正。建立基于预瞄的车辆转向动力学连续模型,车辆前轮转角和道路曲率作为系统输入,根据系统的采样频率将连续模型离散化,运用Kalman滤波理论设计状态观测器,实时观测车辆侧向速度和横摆角速度,从而得到车辆运动轨迹。试验表明,该方法既能在较复杂环境下较准确的拟合出路界线和预测出车辆运动轨迹,并具有较强的实时性。     

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.     

四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人运动学分析与仿真

为增加轮式移动焊接机器人稳定性、负载能力和降低控制复杂度,提出了一种四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人机构,介绍了该机构差速转向原理,证明该机构无转向侧滑。采用非完整约束方法建立了其差速转向误差模型,并在该模型基础上对其进行了直线-圆弧-直线轨迹数值仿真,结果为转角误差0.002 137°,转动中心坐标误差小于0.012mm。仿真结果表明该模型满足焊接中的位置精度要求。     

四轮独立驱动电动汽车等转矩转弯试验及滑动率分析

针对研制的四轮独立驱动电动试验样车4 WID EV,建立了稳态转向动力学模型。按等转矩模式分配四轮驱动力,进行了不同条件下的转弯试验。采用坐标网格法测绘了样车的行驶轨迹,得到了四轮转弯半径及整车转弯半径的变化情况。转弯试验揭示出驱动轮存在滑动,推导了滑动率的计算公式,并分析了转向轮转角及车速对滑动率的影响规律。结果表明,采用等转矩模式分配四轮驱动力,各轮间存在相互拖拽现象,从而产生功率内循环。     

Comparative study of tracking control for a mobile manipulator: Nonholonomic and dynamic cases

This paper gives an in-depth treatment of the modeling and control of a mobile manipulator which consists of a robotic manipulator mounted upon a mobile robot. By neglecting slip of the platform's tires, nonholonomic constraints are introduced into the equations of motion. By considering wheel slip, the assumption of nonholonomic motion is violated. Nonholonomic and dynamic models of a mobile manipulator are developed and compared using the Lagrange-d'Alembert formulation and the Newton-Euler method, respectively. The dynamic model which considers wheel slip incorporates a nonlinear tire friction model. The tracking problem is investigated by using imput-output linearization for the nonholonomic model. For the dynamic model, a robust control method based on a matching condition is developed to eliminate the harmful effects of wheel slip, which acts as a disturbance to the system. Then, the effect of wheel slip on the tracking of commanded motion is identified via simulation. The effectiveness of the proposed control algorithm is demonstrated through computer simulation.     

运动副间隙对汽车摆振系统非线性动力学行为影响分析

在前期研究中发现运动副间隙对机构的动力学响应影响显著,因此做出转向系统中的间隙也会对转向摆振系统的响应产生重要影响的推断。为此,将转向梯形机构简化为一个连杆机构,并就机构中运动副间隙对转向系统摆振的影响进行了分析。借助拉格朗日方程建立考虑转向机构运动副间隙的6自由度转向系统摆振动力学模型,基于该摆振模型,应用四阶龙格－库塔法对间隙参数发生变化时摆振系统的响应进行仿真分析。通过仿真分析结果发现：转向机构运动副间隙是诱发转向轮摆振系统混沌运动的重要因素,在摆振系统建模过程中应予以充分考虑;随着运动副间隙增大,转向摆振系统会由周期运动状态经过拟周期运动状态逐渐进入混沌状态,造成摆振运动加剧。相关结论可为转向系统摆振的有效控制奠定理论基础。     

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。     

基于刚柔耦合模型的工程车辆转向机构设计研究

应用多体系统动力学方法对SGA3550矿用汽车转向机构进行设计研究。首先,应用有限元软件建立转向横拉杆的柔性体模型,并得到其固有模态和振型;其次,结合ADAMS软件建立车辆的刚柔耦合模型;最后,对比分析多刚体模型和刚柔耦合模型的动力学特征,包括转向过程中的车轮转角、直线行驶时的轮距和车轮反向跳动过程中的车轮摆角。结果表明,刚柔耦合模型更为准确地反映了车辆的动力学特征,为转向机构设计提供了更为准确的依据。     

基于模糊算法的四轮线控转向汽车操稳性研究

为了避免在高速公路行驶场景中极易发生的侧滑和甩尾现象,在车辆前馈比例转向控制策略的基础上提出根据横摆角速度变化量与变化率来动态调节前后轮转角补偿量的模糊控制方法,并结合闭环控制下的转向伺服电机来实现车轮的转向补偿,最后实现对传统前馈比例转向控制策略的优化.在MATLAB环境下对模糊控制的四轮转向车辆的转弯横摆率和质心侧...     

步行式底盘转向系统运动分析

为了获得步行式底盘转向系统的运动参数,针对底盘转向系统的结构特点,以保证转向时整车稳定性和转向轮无侧向滑动为出发点,建立了转向系统的动力和运动学模型,分别对前轮、后轮和四轮转向3种转向工况的最小转弯半径、转弯速度和机构运动状态参数进行了优化分析。研究表明,该理论分析方法可以为底盘转向系统的设计和应用提供了理论基础。     

基于操舵角的轮式拖车系统及其轨迹跟踪运动的研究

建立和分析了轮式拖车系统的运动学模型，给出了拖挂车的牵引操舵角定义。分析了基于牵引操舵角的轮式拖车系统的运动跟踪特性，提出了两种满足牵引操舵角概念的机构模型。分析表明，附有牵引操舵角的轮式拖车系统可转换为可控的链式系统，通过各拖挂车牵引操舵角的牵引作用可有效地确定轮式拖车系统在其位形空间中的位姿，这为提高轮式拖车系统的目标轨迹跟踪性能奠定了基础。