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基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

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农业机械学报 2024年第4期55卷 394-401页

作者：汪若尘苏兆睿丁仁凯孙泽宇蒋俞郭中阳江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 江苏大学汽车工程研究院镇江212013 江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏超力电器有限公司镇江212300

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液... 详细信息

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明:基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6 s,25°纵向调平时间减小1.8 s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10^(-4) m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。

关键词：丘陵山区履带式作业机全向调平扰动观测器滑模同步控制位置控制

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汽车自适应巡航与换道过程多目标协同控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第3期50卷 108-115页

作者：周亚洲汪若尘丁仁凯江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

为提升自动驾驶汽车在自适应巡航跟车和车道切换联合工况下的纵向跟驰、横向稳定性能,针对加速跟随前车且同时换道这一特殊工况下的车辆行驶稳定性控制需求,提出了一种具有两层结构的协同控制策略.在分析跟车和换道联合工况控制需求基础... 详细信息

为提升自动驾驶汽车在自适应巡航跟车和车道切换联合工况下的纵向跟驰、横向稳定性能,针对加速跟随前车且同时换道这一特殊工况下的车辆行驶稳定性控制需求,提出了一种具有两层结构的协同控制策略.在分析跟车和换道联合工况控制需求基础上,建立了基于五次多项式的换道轨迹模型和固定车头时距跟车模型,设计了上层线性时变模型预测控制器,输出纵向需求加速度、前轮转角至下层车辆被控对象模型.Matlab/Simulink和Car-Sim联合仿真结果表明:在不同附着系数路面下,所提控制策略协调主动前轮转向和需求纵向加速度保证纵向跟车性能与横向稳定性,避免车辆失稳,提升了车辆在跟车和换道联合工况下的行驶安全性.

关键词：自动驾驶汽车模型预测自适应巡航控制主动前轮转向横向稳定性

考虑执行器响应时滞的磁流变悬架H_(2)/H_(∞)鲁棒控制研究

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振动与冲击 2022年第7期41卷 276-282,290页

作者：孙东汪若尘丁仁凯刘伟孟祥鹏江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

针对磁流变阻尼器响应时滞对半主动悬架系统控制效果和稳定性造成的不良影响,设计了一种时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器对执行器输入的定常时滞进行鲁棒控制,推导了控制器反馈控制增益和系统临界时滞;开展了磁流变阻尼器力学试验并对Bingha... 详细信息

针对磁流变阻尼器响应时滞对半主动悬架系统控制效果和稳定性造成的不良影响,设计了一种时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器对执行器输入的定常时滞进行鲁棒控制,推导了控制器反馈控制增益和系统临界时滞;开展了磁流变阻尼器力学试验并对Bingham模型实现参数识别;基于MotoTron平台完成了驱动电流PI控制参数整定,使阻尼器响应时滞降低到临界时滞以内。仿真结果表明:C级随机路面下,所设计的时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器相比被动悬架和不考虑时滞的鲁棒控制器,车身加速度和悬架动挠度分别降低了24.52%、9.79%、11.26%和7.19%,乘坐舒适性得到明显改善,轮胎动载荷相比鲁棒控制优化了3.21%,兼顾了行驶安全性。为进一步验证时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器实际工作性能,设计了悬架ECU,开展了单轮悬架台架试验。试验结果表明:时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器能保证时滞输入系统的控制性能和稳定性。

关键词：半主动悬架响应时滞时滞H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器 PI控制试验

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基于磁流变半主动悬架的整车姿态补偿控制

江苏大学学报（自然科学版） 2022年第5期43卷 524-532页

作者：汪若尘盛富鹏丁仁凯孟祥鹏孙泽宇江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

针对车辆行驶工况及路面不平引起的车身姿态变化和垂向振动问题,基于磁流变半主动悬架系统,设计了一种整车半主动悬架控制方法,其主要包括姿态补偿控制算法、磁流变减振器控制算法与精确状态观测器设计方法.姿态补偿控制算法综合考虑整... 详细信息

针对车辆行驶工况及路面不平引起的车身姿态变化和垂向振动问题,基于磁流变半主动悬架系统,设计了一种整车半主动悬架控制方法,其主要包括姿态补偿控制算法、磁流变减振器控制算法与精确状态观测器设计方法.姿态补偿控制算法综合考虑整车姿态控制和悬架垂向振动控制,并通过磁流变减振器控制算法对半主动悬架系统进行等效阻尼控制,以实现车身姿态优化和车辆乘坐舒适性改善.为了更为精确地估计所需速度信号,利用实际等效阻尼实时更新观测器中参数矩阵,设计了精确状态观测器.仿真和试验结果表明:在该控制算法下,悬架系统的质心、俯仰角以及侧倾角加速度均得以改善,其均方根值分别降低了14.03%、18.26%和21.39%,验证了所设计控制算法的有效性.

关键词：磁流变半主动悬架姿态补偿控制磁流变减振器控制状态观测器等效阻尼控制

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基于变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法

江苏大学学报（自然科学版） 2023年第4期44卷 408-414页

作者：汪若尘郭一鸣王炜丁仁凯孙泽宇孟祥鹏江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 吉利汽车研究院(宁波)有限公司浙江宁波315000 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

针对固定预测时域模型无法在不同路面条件下获得最优悬架控制性能的问题,设计了一种基于可变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法.模拟分析了以不同频率进行外部激励下预测时域与模型预测主动悬架控制效果之间的关系,选择了减速路面和... 详细信息

针对固定预测时域模型无法在不同路面条件下获得最优悬架控制性能的问题,设计了一种基于可变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法.模拟分析了以不同频率进行外部激励下预测时域与模型预测主动悬架控制效果之间的关系,选择了减速路面和随机路面的最优预测时域.针对随机路况下模型预测的主动悬架控制较差的问题,引入被动阻尼器构建混合电磁悬架,并对被动阻尼值进行优化选择.设计了一种基于可变时域模型预测的混合电磁悬架控制方法,该方法可根据不同的行驶路面自动切换预测时域.利用MATLAB对该方法进行模拟分析.结果表明,这种控制方法能有效提高车辆在复杂路况下的平顺性.

关键词：混合电磁悬架主动悬架模型预测减速带变时域平顺性操纵稳定性

基于灰狼算法的矿用自卸车油气悬架半主动控制

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中国机械工程 2023年第4期34卷 490-497页

作者：孙东汪若尘丁仁凯陈轶杰江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 江苏大学汽车工程研究院镇江212013 中国北方车辆研究所北京224144

为解决矿用自卸车乘坐舒适性与道路友好性相矛盾的问题,提出了一种可控阻尼阀式半主动油气悬架系统。搭建了包含摩擦力的油气弹簧AMESim物理模型,建立了可控阻尼阀的多项式力学模型;设计了一种以可控阻尼阀驱动电压为半主动控制对象的... 详细信息

为解决矿用自卸车乘坐舒适性与道路友好性相矛盾的问题,提出了一种可控阻尼阀式半主动油气悬架系统。搭建了包含摩擦力的油气弹簧AMESim物理模型,建立了可控阻尼阀的多项式力学模型;设计了一种以可控阻尼阀驱动电压为半主动控制对象的改进天棚控制策略,并基于灰狼优化算法对改进天棚策略关键控制参数进行优化。联合仿真结果表明:D级随机路面下,半主动油气悬架的车身加速度相比被动悬架减小了11.4%,而轮胎动载荷仅增加了1.1%,相比传统天棚控制策略,更好地兼顾了矿用自卸车的乘坐舒适性和道路友好性。硬件在环试验结果也验证了该控制策略的有效性和可行性。

关键词：矿用自卸车油气悬架灰狼算法可控阻尼阀改进天棚控制硬件在环

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基于卡尔曼观测器的磁流变悬架半主动控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第12期48卷 49-54页

作者：汪若尘王英杰丁仁凯孙东江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

考虑磁流变阻尼器磁饱和特性这一非线性因素,设计了一种基于微分几何理论的反馈线性化卡尔曼观测器(FLKO),进行了磁流变阻尼器力学试验并建模,进而设计了非线性悬架系统卡尔曼观测器,开展了观测器仿真分析.FLKO对悬架控制算法所需状态... 详细信息

考虑磁流变阻尼器磁饱和特性这一非线性因素,设计了一种基于微分几何理论的反馈线性化卡尔曼观测器(FLKO),进行了磁流变阻尼器力学试验并建模,进而设计了非线性悬架系统卡尔曼观测器,开展了观测器仿真分析.FLKO对悬架控制算法所需状态变量的估计精度都超过85%,能够满足悬架控制器使用要求.为验证FLKO实际工作效果,开发了悬架电子控制单元(ECU),搭建了1/4悬架台架进行台架试验.试验结果表明:C级随机路面下,带有FLKO的磁流变半主动悬架车身加速度和悬架动挠度相比被动悬架降低了12.57%和7.32%,车辆乘坐舒适性明显改善.

关键词：半主动悬架控制算法磁流变阻尼器状态观测试验

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混合悬架半主动控制器设计与试验

农业机械学报 2017年第6期48卷 334-340页

作者：汪若尘焦宇钱金刚丁仁凯陈龙江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为改善传统被动悬架的动力学性能,回收悬架振动能量,设计了一种半主动混合悬架系统。建立1/4车动力学方程,分别研究馈能回路处于Boost模式和Buck模式时馈能回路内电流的变化情况,并分析MOS管占空比对直线电动机电磁阻尼力的影响。在此... 详细信息

为改善传统被动悬架的动力学性能,回收悬架振动能量,设计了一种半主动混合悬架系统。建立1/4车动力学方程,分别研究馈能回路处于Boost模式和Buck模式时馈能回路内电流的变化情况,并分析MOS管占空比对直线电动机电磁阻尼力的影响。在此基础上,引入基于天棚和地棚混合控制的半主动控制策略。提出半主动控制参考力的概念,并运用粒子群算法确定其最优控制参数。通过对不同工作模式下电路电流的追踪,达到对电动机电磁阻尼力实时控制的目的。接着运用Simulink仿真搭建混合悬架系统模型,分别进行动力学性能、馈能性能以及电流跟踪控制效果对比。仿真结果表明,半主动混合悬架能够在改善车辆动力学性能的同时回收部分振动能量,所设计的半主动控制器对电流有较好的控制效果。最后,进行台架试验,通过对比试验结果验证了仿真结果的正确性。

关键词：汽车半主动混合悬架占空比天棚和地棚混合控制最优控制参数

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混合电磁悬架作动器设计与试验

农业机械学报 2019年第5期50卷 385-393页

作者：汪若尘戴煜丁仁凯孟祥鹏陈龙江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为了解决车用线性电磁作动器(直线电机)可靠性差的问题,设计了一种将直线电机与液压阻尼器集成的混合电磁作动器。采用改进天棚控制策略进行性能匹配,对混合电磁作动器的性能参数进行优化,得到天棚阻尼系数、被动阻尼系数以及直线电机... 详细信息

为了解决车用线性电磁作动器(直线电机)可靠性差的问题,设计了一种将直线电机与液压阻尼器集成的混合电磁作动器。采用改进天棚控制策略进行性能匹配,对混合电磁作动器的性能参数进行优化,得到天棚阻尼系数、被动阻尼系数以及直线电机需要提供的峰值电磁推力,并以优化得到的峰值电磁推力为优化目标,优化混合电磁作动器的结构参数。根据优化得到的结构参数试制实体样机,对其进行台架试验,包括混合电磁作动器的外特性试验,以及包含混合电磁作动器的混合电磁悬架主动控制试验。试验结果表明,设计的混合电磁作动器用于悬架系统时,能够较好地改善车辆动力学性能,与被动悬架相比,混合电磁悬架车身加速度和悬架动挠度分别降低了23. 35%和14. 97%,虽然轮胎动载荷增加了13. 20%,但根据"3σ"原则,在可接受范围之内,验证了混合电磁作动器样机的有效性。

关键词：混合电磁作动器改进天棚控制参数优化试验