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半挂汽车列车操纵特性与横向稳定性的研究

汽车工程 2012年第12期34卷 1107-1113页

作者：杨秀建李西涛昆明理工大学交通工程学院昆明650500

采用牵引车和半挂车的不足转向梯度独立定义的方式对半挂汽车列车的操稳性进行了研究,分析了车辆的结构参数对不足转向梯度的影响。应用动态系统的稳定性理论,探讨了"折叠"和"横向摆振"失稳与其操纵特性间的关系。结果表明,与两轴单体... 详细信息

采用牵引车和半挂车的不足转向梯度独立定义的方式对半挂汽车列车的操稳性进行了研究,分析了车辆的结构参数对不足转向梯度的影响。应用动态系统的稳定性理论,探讨了"折叠"和"横向摆振"失稳与其操纵特性间的关系。结果表明,与两轴单体汽车只会发生单调分歧失稳相比,半挂汽车列车还会发生"横向摆振"失稳,具体的失稳形式与牵引车和半挂车的不足转向梯度以及车辆结构参数密切相关。

关键词：半挂汽车列车汽车动力学操纵稳定性不足转向梯度

基于非线性模型预测控制的车辆纵向队列协调控制

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汽车工程 2020年第2期42卷 184-190页

作者：杨秀建李金雨昆明理工大学交通工程学院

本文中针对基于分层控制结构的车辆队列上、下层控制缺少联系的问题,提出了车辆队列跟驰与个体车辆动力学稳定性协调控制的思路,其基本思想是在保证队列中个体车辆安全稳定行驶的同时,尽可能实现队列跟驰控制的目标。基于非线性模型预... 详细信息

本文中针对基于分层控制结构的车辆队列上、下层控制缺少联系的问题,提出了车辆队列跟驰与个体车辆动力学稳定性协调控制的思路,其基本思想是在保证队列中个体车辆安全稳定行驶的同时,尽可能实现队列跟驰控制的目标。基于非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)方法设计了车辆队列协调控制方案,设计了包括跟驰间距误差、跟驰速度误差以及车速与车轮圆周速度差3个子目标的优化目标函数,将队列跟驰与车辆动力学稳定性的协调控制转化为约束优化控制问题;基于序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)方法进行求解,得到车辆前、后轴的制动/驱动力矩来实现上层决策输出的期望跟驰加速度。基于由3车辆组成的非线性队列模型对控制方案进行了仿真分析,结果表明,所提出的基于NMPC的车辆队列协调控制策略可以在大范围操纵工况下,在保证车辆安全稳定行驶的基础上实现队列的跟驰控制。

关键词：车辆动力学车辆队列模型预测控制协调控制

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高维汽车侧向动力学系统的分岔与失稳分析

农业机械学报 2008年第12期39卷 45-50,77页

作者：杨秀建王增才山东大学机械工程学院

为建立汽车实际状态响应与轮胎侧偏刚度间的联系,采用二次多项式轮胎模型建立了包含侧倾运动和平面运动的四维非线性侧向动力学系统;应用中心流形定理对其进行了降维处理并转换为中心流形上的一阶约化系统。应用非线性分岔和稳定性理论... 详细信息

为建立汽车实际状态响应与轮胎侧偏刚度间的联系,采用二次多项式轮胎模型建立了包含侧倾运动和平面运动的四维非线性侧向动力学系统;应用中心流形定理对其进行了降维处理并转换为中心流形上的一阶约化系统。应用非线性分岔和稳定性理论以及时域仿真分别对均匀路面工况和对开路面工况的稳定性进行了分析。结果表明,奇异点处发生鞍结分岔将导致汽车失稳,可以通过改变前轮转向角来改变分岔特性,改善汽车极限工况下的稳定性,从而实现非线性动力学分析方法与主动转向控制系统的分析和设计相结合,以减小基于线性轮胎模型的控制方案的局限性,提高底盘控制系统的控制性能。

关键词：汽车稳定性分岔非线性动力学中心流形

基于图搜索与优化的动态非结构环境智能车辆轨迹规划

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汽车工程 2024年第9期46卷 1564-1575页

作者：杨秀建白永瑞昆明理工大学交通工程学院昆明650500

针对动态非结构环境下的智能车辆轨迹规划,提出了一种基于图搜索和优化的轨迹规划方法。首先,采用图搜索方法对智能车辆运动基元进行搜索,获取符合运动学特性的初始轨迹;然后,基于非线性模型预测控制方法对轨迹进行优化,以获得更平滑、... 详细信息

针对动态非结构环境下的智能车辆轨迹规划,提出了一种基于图搜索和优化的轨迹规划方法。首先,采用图搜索方法对智能车辆运动基元进行搜索,获取符合运动学特性的初始轨迹;然后,基于非线性模型预测控制方法对轨迹进行优化,以获得更平滑、更安全的轨迹。为在动态非结构环境下实现基元的快速且安全的拓展,提出了一种基元碰撞检测的方法。该方法通过障碍物膨胀和栅格离散运动基元,对非规则障碍物进行静态碰撞检测,引入速度障碍物概念,在速度空间对动态障碍物进行动态碰撞检测。在ROS/Gazebo环境下进行了算法仿真比较,并通过场地试验进行了测试评价。结果表明,相较于TEB算法,所提轨迹规划方法在满足计算实时性要求的同时,平均避障成功率提高了18%,展现出了更高的安全避障能力和可行性。

关键词：智能车辆非结构环境动态环境避障

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周期型控制结构汽车队列的干扰抑制特性

汽车工程 2022年第12期44卷 1834-1843页

作者：杨秀建殷新雨高晋昆明理工大学交通工程学院昆明650500

受周期性结构抑制振动的启发,本文中提出了周期型的汽车队列控制结构,重点研究了周期型控制结构车辆队列的干扰抑制特性。首先建立了周期型控制结构车辆队列模型,在加速度控制输入中引入外界干扰,构建了整个队列的间距误差方程矩阵;接... 详细信息

受周期性结构抑制振动的启发,本文中提出了周期型的汽车队列控制结构,重点研究了周期型控制结构车辆队列的干扰抑制特性。首先建立了周期型控制结构车辆队列模型,在加速度控制输入中引入外界干扰,构建了整个队列的间距误差方程矩阵;接着在此基础上,推导了从外界干扰和领航车扰动到间距跟驰误差的传递函数方程;最后通过间距误差传递函数矩阵的最大奇异值,分析了周期型控制结构汽车队列的干扰抑制特性。结果表明,周期型控制结构通过合理设计,可有效降低干扰到间距误差传递函数矩阵最大奇异值的峰值,提升汽车队列的干扰抑制能力,且对异类车辆队列同样具有较好的干扰抑制能力;此外,周期型控制结构汽车队列还呈现出较好的规模可扩展性。

关键词：智能汽车汽车队列控制干扰抑制

基于线性变参数建模的汽车横摆力矩增益调度控制

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机械工程学报 2009年第1期45卷 300-308页

作者：杨秀建王增才山东大学机械工程学院济南250061

提出一种基于线性变参数(Linear parameter-varying,LPV)方法的汽车横摆力矩鲁棒增益调度控制方案。建立横摆力矩误差动态模型,选择路面附着系数和汽车纵向速度为调度变量,将误差动态模型转化为关于路面附着系数和汽车纵向速度及其组合... 详细信息

提出一种基于线性变参数(Linear parameter-varying,LPV)方法的汽车横摆力矩鲁棒增益调度控制方案。建立横摆力矩误差动态模型,选择路面附着系数和汽车纵向速度为调度变量,将误差动态模型转化为关于路面附着系数和汽车纵向速度及其组合的LPV模型,将鲁棒增益调度横摆力矩控制器的设计转化为对多胞模型16个顶点的线性H_∞控制器设计。通过求解17个线性矩阵不等式可以求得共同的Lyapunov矩阵,在保证系统二次稳定性和二次H_∞性能指标的前提下对每一个顶点离线设计了H_∞控制器,在线根据工况加权各顶点控制器获得该工况下的全局控制器。8自由度模型的非线性仿真表明基于LPV的鲁棒增益调度控制器比单一的H_∞控制器对工况变化具有更强的适应性。

关键词：横摆力矩控制汽车稳定性汽车系统动力学增益调度控制

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半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

机械工程学报 2012年第8期48卷 79-89页

作者：杨秀建康南李西涛昆明理工大学交通工程学院昆明650500

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结... 详细信息

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。

关键词：半挂汽车列车车辆动力学操纵稳定性非线性动力学分岔

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半挂汽车列车横向稳定性与失稳机理分析

汽车工程 2011年第6期33卷 486-492页

作者：杨秀建李耀平熊坚昆明理工大学交通工程学院昆明650224

为半挂汽车列车建立了简化的四自由度单轨模型,并在其上分析了两个重要结构参数,即牵引点和挂车质心位置对半挂汽车列车横向稳定性的影响规律。在此基础上,采用主元特征向量分析方法详细探讨了半挂汽车列车"折叠"和"横向摆振"两种常见... 详细信息

为半挂汽车列车建立了简化的四自由度单轨模型,并在其上分析了两个重要结构参数,即牵引点和挂车质心位置对半挂汽车列车横向稳定性的影响规律。在此基础上,采用主元特征向量分析方法详细探讨了半挂汽车列车"折叠"和"横向摆振"两种常见的横向失稳现象的发生机理,分析和对比了牵引角和牵引角速度输出反馈对半挂汽车列车"折叠"和"横向摆振"失稳的镇定效果。

关键词：半挂汽车列车横向稳定性汽车主动安全

基于改进UKF的UWB/IMU/里程计融合定位方法

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中国惯性技术学报 2023年第5期31卷 462-471页

作者：杨秀建皇甫尚昆颜绍祥昆明理工大学交通工程学院昆明650500

针对超宽带(UWB)在噪声变化较大、统计特性未知的环境中无法精确定位的问题,提出了基于改进的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的多传感器融合定位方法。对UWB、IMU和里程计编码器信息进行集中式融合,引入自适应因子实时更新量测噪声的协方差矩... 详细信息

针对超宽带(UWB)在噪声变化较大、统计特性未知的环境中无法精确定位的问题,提出了基于改进的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的多传感器融合定位方法。对UWB、IMU和里程计编码器信息进行集中式融合,引入自适应因子实时更新量测噪声的协方差矩阵以更新量测噪声,加入渐消因子抑制滤波发散,实现对传统UKF算法的改进。基于两轮差速机器人和UWB硬件平台,分别在UWB视距(LOS)和非视距(NLOS)场景下,对所提的融合定位方法进行了仿真分析和实验验证,并与UWB、IMU等单一传感器定位以及扩展卡尔曼滤波(EKF)、UKF算法进行比较。结果表明,所提的融合定位方法在LOS和NLOS场景下都可保持较高的定位精度,且在NLOS场景下改进的UKF算法比EKF和UKF算法的定位精度分别提高了约22.8%和13.1%。

关键词：移动机器人超宽带定位多传感器融合无迹卡尔曼滤波