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线控转向前轮转角控制策略硬件在环仿真研究

线控转向前轮转角控制策略硬件在环仿真研究

作者：穆桂脂江苏大学

学位级别：硕士

线控转向(Steering-by-wire,简称SBW),取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接,完全摆脱了传统转向系统的各种约束限制,可以自由设计汽车转向系统的力传递特性和角传递特性,给汽车转向特性带来很大的设计空间,是汽车转向系统的重大革新... 详细信息

线控转向(Steering-by-wire,简称SBW),取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接,完全摆脱了传统转向系统的各种约束限制,可以自由设计汽车转向系统的力传递特性和角传递特性,给汽车转向特性带来很大的设计空间,是汽车转向系统的重大革新。但是,目前线控转向还没有达到传统机械转向系统和液压、电动助力系统的可靠程度,因此,硬件在环实验台在开发线控转向系统中是不可或缺的。本文在设计了实验台总体方案基础上利用NI公司的LabVIEW软件和CompactRIO硬件搭建了线控转向硬件在环实验台,为以后对线控转向系统的硬件开发和算法研究奠定了基础。围绕线控转向硬件在环仿真系统的两个重要研究内容—整车动力学模型和控制算法,做了以下工作:(1)建立了便于转向研究的整车2自由度模型,并设计了能改善车辆稳态响应的3种理想传动比模型。(2)对线控转向上层控制策略的两个方面,转向盘回正力矩模拟和目标前轮转角决策,进行算法设计和离线仿真研究。利用方向盘的转角和车速直接计算目标回正力矩并对模型进行了离线仿真,结果表明利用提出的回正力矩模型计算得到的回馈力能够满足路感要求。采用横摆角速度反馈控制和全状态反馈控制两种控制策略分别确定目标转角,并进行离线仿真,结果表明横摆角速度反馈控制可以改善车辆横摆角速度的响应,但无法对侧偏角控制,而全状态反馈可以同时改善车辆横摆角速度和侧偏角响应。(3)采用V开发模式对线控转向前轮转角控制进行研究。首先利用LabVIEW系统辨识工具包获得实验台前轮转角系统的数学模型。接着对转向电机的控制设计了PID控制系统和最少拍无波纹随动控制系统,并进行离线仿真和硬件在环试验测试。仿真和试验结果都表明:PID控制,算法简单,可靠性好,基本满足转向执行电机控制要求;最少拍无波纹随动控制,电机跟随性能更好,响应更快。

关键词：线控转向硬件在环实验台离线仿真硬件在环试验

基于碳平衡法的汽车燃油消耗量快速测量系统开发

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内燃机工程 2008年第6期29卷 73-76页

作者：刘军高建立穆桂脂谢文磊江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

根据碳平衡法测油耗的原理,建立了采用锥形流量计的碳平衡法汽油车油耗测量模型及测量系统;设计了用于稀释排气流量测量的锥形流量计和用于稀释排气成分(CO、CO2、HC)浓度测量的气体分析装置;采用变频器调节电动机的转速来实现排气流量... 详细信息

根据碳平衡法测油耗的原理,建立了采用锥形流量计的碳平衡法汽油车油耗测量模型及测量系统;设计了用于稀释排气流量测量的锥形流量计和用于稀释排气成分(CO、CO2、HC)浓度测量的气体分析装置;采用变频器调节电动机的转速来实现排气流量稀释系数的自动调节;使用***和虚拟仪器技术开发了相应的自动测试软件;进行了实车试验,与油耗仪实测结果进行了对比。试验结果表明,系统具有较高的精度及稳定性,对实现检测线上车辆耗油量的快速不解体测量有重要推动作用。

关键词：内燃机燃油消耗碳平衡法开式稀释取样锥形流量计

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测量排气流量的内锥流量计数值模拟与实验

农业机械学报 2009年第7期40卷 29-34页

作者：刘军谢文磊高建立穆桂脂刘志强江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为了保证碳平衡法测量实车油耗的精度,对油耗测量系统中的内锥流量计进行了特性研究。用Fluent软件对内锥流量计进行了数值模拟,研究不同等效直径比、前后锥角、有无连接支撑杆等几何参数以及雷诺数对内锥流量计永久压力损失和流出系数... 详细信息

为了保证碳平衡法测量实车油耗的精度,对油耗测量系统中的内锥流量计进行了特性研究。用Fluent软件对内锥流量计进行了数值模拟,研究不同等效直径比、前后锥角、有无连接支撑杆等几何参数以及雷诺数对内锥流量计永久压力损失和流出系数的影响规律;将设计的两种内锥流量计与标准临界文丘里管组进行了对比验证实验,并以文丘里管实测值为参考值,得出了计算流出系数的拟合公式,将此拟合公式作为流量计算模型。结果表明数值模拟计算与实验验证的一致性较好,设计的内锥流量计具有较高精度和稳定性,适用于汽车排气流量测量。

关键词：内锥流量计流量测量碳平衡法数值模拟实验

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用于汽车稀释排气流量测量的锥形流量计特性

江苏大学学报（自然科学版） 2009年第4期30卷 357-361页

作者：谢俊高建立谢文磊穆桂脂刘军江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为实现稀释排气流量的精确测量,进行了锥形流量计的结构设计.建立锥形流量计流量的理论计算模型,编制了计算软件.应用Fluent计算流体动力学软件对锥形流量计进行流量仿真,并研究了锥体前后锥角大小、有无连接支撑杆以及气体温度等因素... 详细信息

为实现稀释排气流量的精确测量,进行了锥形流量计的结构设计.建立锥形流量计流量的理论计算模型,编制了计算软件.应用Fluent计算流体动力学软件对锥形流量计进行流量仿真,并研究了锥体前后锥角大小、有无连接支撑杆以及气体温度等因素对流量计流量计量特性的影响.最后进行与标准临界文丘里喷嘴组的对比验证试验.结果表明,理论计算模型、仿真计算、试验验证的一致性较好,该流量计具有较高精度和稳定性,适合应用于汽车稀释排气流量测量.

关键词：锥形流量计碳平衡法流量测量数值仿真

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基于V模式的线控转向前轮转角控制研究

计算机仿真 2014年第5期31卷 167-170页

作者：穆桂脂吕钊钦山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271000

针对车辆线控转向前轮转角控制精度要求高、建模困难等问题,利用线控转向硬件在环试验台开展线控转向前轮转角控制研究。基于V模式控制器开发思路,利用LabVIEW系统辨识工具获得了线控转向前轮转角控制系统数学模型,设计了最少拍无波纹... 详细信息

针对车辆线控转向前轮转角控制精度要求高、建模困难等问题,利用线控转向硬件在环试验台开展线控转向前轮转角控制研究。基于V模式控制器开发思路,利用LabVIEW系统辨识工具获得了线控转向前轮转角控制系统数学模型,设计了最少拍无波纹随动控制器,并进行系统离线仿真和硬件在环试验,结果表明前轮转角执行电机响应快,几乎没有超调量,系统进入稳定时间短。说明所设计的最少拍无波纹随动控制器能有效地解决系统快速性和超调之间的矛盾,取得较好的控制效果。

关键词：线控转向硬件在环随动系统模型辨识

主预喷间隔对2-甲基呋喃/柴油RCCI燃烧的影响

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浙江大学学报（工学版） 2023年第8期57卷 1689-1696页

作者：黄琛张万枝张婷婷穆桂脂朱倩李松山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室山东泰安271028 陕西理工大学机械工程学院陕西汉中723001

基于光学发动机试验台架,结合缸内燃烧分析技术与高速摄影技术,探究在2-甲基呋喃(MF)占单次循环喷油量总热值50%的条件下,预喷和主喷2次喷油策略对MF/柴油反应性控制压缩点火(RCCI)的燃烧特性与碳烟排放的影响.结果表明:当主预喷间隔(... 详细信息

基于光学发动机试验台架,结合缸内燃烧分析技术与高速摄影技术,探究在2-甲基呋喃(MF)占单次循环喷油量总热值50%的条件下,预喷和主喷2次喷油策略对MF/柴油反应性控制压缩点火(RCCI)的燃烧特性与碳烟排放的影响.结果表明:当主预喷间隔(主预喷之间的曲轴转角)小于40°时,随着预喷时刻的提前,预喷柴油与MF混合更均匀,低温放热不再局限于气缸中心,且主喷柴油雾化蒸发更好;混合气均匀使火焰由扩散燃烧主导向预混与扩散燃烧并存转变,燃烧更充分,速率更快;燃烧室内KL因子大于1.5的高碳烟区域减少,碳烟生成速率与产量明显降低.主喷时刻对燃烧初期火焰发展影响较大,随着主喷时刻向上止点推迟,滞燃期与燃烧持期缩短,燃烧相位推迟,燃烧前期低温放热增多,火焰发展速度变慢,后期碳烟生成增多.

关键词： 2-甲基呋喃双燃料发动机双色法碳烟光学发动机

基于非线性模型的农用车路径跟踪控制器设计与试验

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农业机械学报 2018年第7期49卷 23-30页

作者：刘正铎张万枝吕钊钦郑文秀穆桂脂山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018

为提高农用车辆路径跟踪性能,提出一种基于非线性模型预测的路径跟踪控制方法。该方法将路径跟踪问题转换为求解满足速度、转角约束的最优值问题。首先将农用车的非线性运动学模型进行离散化推出递推模型,作为控制器的预测方程;然后建... 详细信息

为提高农用车辆路径跟踪性能,提出一种基于非线性模型预测的路径跟踪控制方法。该方法将路径跟踪问题转换为求解满足速度、转角约束的最优值问题。首先将农用车的非线性运动学模型进行离散化推出递推模型,作为控制器的预测方程;然后建立以农用车运动学模型控制量为状态量的目标函数,设计各个变量的约束条件,把预测方程代入目标函数将其转化为基于递推序列的二次规划法响应问题,在此基础上进行梯度计算解决非线性的约束优化;最后,利用实时反馈与滚动优化实现控制器的闭环校正;重复以上过程,完成预测控制。Matlab仿真结果表明:非线性模型预测控制器能够实现对所设计路径的有效跟踪。相对应的场地试验结果表明:试验小车以2 m/s的速度跟踪参考路径时,最大横向偏差为-4.28 cm;3 m/s跟踪参考路径时,最大纵向偏差为-6.61 cm,可以满足农用车辆对于路径跟踪的精度要求。与线性模型预测控制器的对比试验表明:以3 m/s的速度跟踪圆形路径时,设计的控制器跟踪横向偏差降低了36.8%,纵向偏差降低了32.98%。

关键词：农用车辆路径跟踪非线性模型预测

甘薯秧蔓回收机仿垄切割粉碎抛送装置设计与试验

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农业机械学报 2019年第12期50卷 53-62页

作者：穆桂脂辛青青玄冠涛吕钊钦王海宁邢钦淞山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 密苏里大学农业与食品工程学院哥伦比亚MO 65211

针对甘薯秧蔓垄沟匍匐生长不易全部机械回收的难题,设计了一种甘薯秧蔓回收机,并对关键部件仿垄刀辊机构和风机抛送装置进行了设计计算,该机可一次性完成甘薯秧蔓切割、粉碎、抛送和回收作业。以刀辊转速、离地间隙、风机转速为试验因素... 详细信息

针对甘薯秧蔓垄沟匍匐生长不易全部机械回收的难题,设计了一种甘薯秧蔓回收机,并对关键部件仿垄刀辊机构和风机抛送装置进行了设计计算,该机可一次性完成甘薯秧蔓切割、粉碎、抛送和回收作业。以刀辊转速、离地间隙、风机转速为试验因素,甘薯秧蔓粉碎合格率、含土率、回收率为试验指标,采用响应面分析方法,建立了试验因素与试验指标之间的回归模型,分析了试验因素对试验指标的影响。试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速2070 r/min、离地间隙16 mm、风机转速890 r/min,秧蔓粉碎合格率均值为93.10%、含土率均值为8.56%、回收率均值为91.19%,研究结果满足甘薯秧蔓回收机的使用要求。

关键词：甘薯秧蔓粉碎抛送回收

基于改进YOLO v5s的马铃薯种薯芽眼检测方法

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农业机械学报 2023年第9期54卷 260-269页

作者：张万枝曾祥刘树峰穆桂脂张弘毅郭壮壮山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018

芽眼检测是马铃薯种薯智能切块首先要解决的问题,为实现种薯芽眼精准高效检测,提出了一种基于改进YOLO v5s的马铃薯种薯芽眼检测方法。首先通过加入CBAM注意力机制,加强对马铃薯种薯芽眼图像的特征学习和特征提取,同时弱化与芽眼相似的... 详细信息

芽眼检测是马铃薯种薯智能切块首先要解决的问题,为实现种薯芽眼精准高效检测,提出了一种基于改进YOLO v5s的马铃薯种薯芽眼检测方法。首先通过加入CBAM注意力机制,加强对马铃薯种薯芽眼图像的特征学习和特征提取,同时弱化与芽眼相似的马铃薯种薯表面背景对检测结果的影响。其次引入加权双向特征金字塔BiFPN增加经骨干网络提取的种薯芽眼原始信息,为不同尺度特征图赋予不同权重,使得多尺度特征融合更加合理。最后替换为改进的高效解耦头Decoupled Head区分回归和分类,加快模型收敛速度,进一步提升马铃薯种薯芽眼检测性能。试验结果表明,改进YOLO v5s模型准确率、召回率和平均精度均值分别为93.3%、93.4%和95.2%;相比原始YOLO v5s模型,平均精度均值提高3.2个百分点,准确率、召回率分别提高0.9、1.7个百分点;不同模型对比分析表明,改进YOLO v5s模型与Faster R-CNN、YOLO v3、YOLO v6、YOLOX和YOLO v7等模型相比有着较大优势,平均精度均值分别提高8.4、3.1、9.0、12.9、4.4个百分点。在种薯自动切块芽眼检测试验中,改进YOLO v5s模型平均召回率为91.5%,相比原始YOLO v5s模型提高17.5个百分点。本文方法可为研制马铃薯种薯智能切块芽眼识别装置提供技术支持。

关键词：马铃薯芽眼目标检测 YOLO v5 深度学习改进解耦头

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