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三轴车辆全轮转向滑模控制器设计

兵工学报 2015年第8期36卷 1391-1397页

作者：袁磊刘维平刘西侠装甲兵工程学院机械工程系北京100072

为深入研究三轴全轮转向车辆的动力学行为,建立了考虑车轮非线性特性和车辆载荷变化的整车模型。为提高三轴全轮转向车辆的操纵稳定性,以三轴双前桥转向车辆横摆率和零质心侧偏角为理想跟踪目标,基于滑模变结构控制理论,设计了三轴车辆... 详细信息

为深入研究三轴全轮转向车辆的动力学行为,建立了考虑车轮非线性特性和车辆载荷变化的整车模型。为提高三轴全轮转向车辆的操纵稳定性,以三轴双前桥转向车辆横摆率和零质心侧偏角为理想跟踪目标,基于滑模变结构控制理论,设计了三轴车辆全轮转向滑模控制器。对比了双前桥转向车辆、零质心侧偏角比例控制全轮转向车辆和滑模控制全轮转向车辆在不同工况下的响应性能,结果表明:设计的全轮转向滑模控制器可将车辆质心侧偏角控制在较小范围,能很好地跟随车辆理想横摆角速度,同时还能够较好地抵抗侧向风和路面条件变化的干扰。

关键词：控制科学与技术三轴车辆全轮转向理想模型滑模控制器

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基于图解法的三轴车辆操纵稳定性分析

振动与冲击 2016年第4期35卷 98-103,114页

作者：刘西侠袁磊刘维平装甲兵工程学院机械工程系北京100072

三轴车辆车身长、轴载大、行驶工况复杂,这使得三轴车辆的操纵稳定性相对较差。考虑轮胎侧偏角超过5°后,轮胎呈现出较强的非线性特性,分别在线性域和非线性域内对车辆操纵稳定性进行分析。建立整车模型以及线性和非线性轮胎模型;在线... 详细信息

三轴车辆车身长、轴载大、行驶工况复杂,这使得三轴车辆的操纵稳定性相对较差。考虑轮胎侧偏角超过5°后,轮胎呈现出较强的非线性特性,分别在线性域和非线性域内对车辆操纵稳定性进行分析。建立整车模型以及线性和非线性轮胎模型;在线性域内,基于根轨迹法研究某三轴车辆结构和状态参数对其操纵稳定性的影响;在非线性域内,基于相平面法分析三轴车辆操纵稳定性与其行驶工况的关系;最后,分析三轴全轮转向车辆的控制机理及其操纵稳定性,为三轴全轮转向车辆的设计和控制提供参考。

关键词：三轴车辆操纵稳定性根轨迹法相平面法

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三轴车辆全轮转向模型预测控制研究

汽车技术 2017年第3期 47-52页

作者：袁磊王超史辉刘西侠北京特种车辆研究所北京100072 装甲兵工程学院北京100072

针对由于控制参数和外界环境不确定而导致的线性全轮转向控制器控制精度不高的问题,研究了对模型精度要求低、能处理多约束问题和鲁棒性较好的全轮转向模型预测控制算法。构建车辆数学模型、UA轮胎模型,设计全轮转向模型预测控制器,并... 详细信息

针对由于控制参数和外界环境不确定而导致的线性全轮转向控制器控制精度不高的问题,研究了对模型精度要求低、能处理多约束问题和鲁棒性较好的全轮转向模型预测控制算法。构建车辆数学模型、UA轮胎模型,设计全轮转向模型预测控制器,并选取典型工况,对比分析了基于模型预测控制的全轮转向车辆、线性控制全轮转向车辆和原双前桥转向车辆的响应特性。结果表明:模型预测控制算法对车轮刚度摄动和外界侧风干扰具有较好的鲁棒性,车辆控制效果较好。

关键词：三轴车辆全轮转向模型预测控制轮胎刚度摄动侧风干扰

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三轴车辆全轮转向系统方案设计与性能仿真

郑州大学学报（工学版） 2014年第6期35卷 121-124页

作者：袁磊刘西侠刘维平装甲兵工程学院机械工程系北京100072

以某三轴车辆底盘为原型,通过对其转向系统的改进,设计了一套液力驱动的全轮转向系统.建立了多轴车辆的三自由度全轮转向数学模型,并阐述了多轴车辆全轮转向最优控制策略.以设计的三轴车辆全轮转向系统为例,对比分析了不同转向工况下,... 详细信息

以某三轴车辆底盘为原型,通过对其转向系统的改进,设计了一套液力驱动的全轮转向系统.建立了多轴车辆的三自由度全轮转向数学模型,并阐述了多轴车辆全轮转向最优控制策略.以设计的三轴车辆全轮转向系统为例,对比分析了不同转向工况下,双前桥转向车辆与最优控制全轮转向车辆的质心侧偏角、横摆角速度、车身侧倾角、车身侧倾角速度.分析结果表明:基于最优控制的全轮转向系统,可以较好地提高三轴车辆的低速机动性和高速稳定性.分析结果为全轮转向控制器的开发打下了基础.

关键词：三轴车辆全轮转向系统数学模型最优控制

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三轴车辆电控液压式全轮转向系统设计与控制

重庆交通大学学报（自然科学版） 2015年第3期34卷 142-145,156页

作者：袁磊刘西侠刘维平金毅装甲兵工程学院机械工程系北京100072

针对某型三轴车辆低速机动性不好、高速稳定性差的问题,通过对原车转向助力系统进行深入研究,设计了一套电控液压式全轮转向系统。针对全轮转向系统控制器设计难的问题,建立了车辆三自由度全轮转向数学模型,设计了全轮转向比例前馈和模... 详细信息

针对某型三轴车辆低速机动性不好、高速稳定性差的问题,通过对原车转向助力系统进行深入研究,设计了一套电控液压式全轮转向系统。针对全轮转向系统控制器设计难的问题,建立了车辆三自由度全轮转向数学模型,设计了全轮转向比例前馈和模糊控制反馈控制器。分别选取前轮转角为3°角阶跃输入,车速为20,80 km/h两种转向工况,对全轮转向车辆与原双前桥转向车辆进行对比仿真研究。结果表明:所设计的全轮转向控制器能够改善车辆各状态参数的响应特性,降低车辆侧滑几率,提高车辆低速机动性和高速操纵稳定性。

关键词：车辆工程三轴车辆全轮转向数学模型模糊控制

三轴车辆主动悬架RBF滑模变结构控制方法与仿真研究

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三轴车辆主动悬架RBF滑模变结构控制方法与仿真研究

作者：韩畅铭吉林大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,多轴汽车在货物运输和设施建设方面起着越来越重要的作用。由于其行驶环境较为恶劣,多轴汽车的越野性能和行驶平顺性受到人们的关注。悬架系统是车辆中的一个重要组成部分,它会影响着车辆前述性能的好坏,因此,三轴车辆... 详细信息

随着科技的发展,多轴汽车在货物运输和设施建设方面起着越来越重要的作用。由于其行驶环境较为恶劣,多轴汽车的越野性能和行驶平顺性受到人们的关注。悬架系统是车辆中的一个重要组成部分,它会影响着车辆前述性能的好坏,因此,三轴车辆主动悬架系统与其控制方法的研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划课题“高机动应急救援车辆(含消防车辆)专用底盘及悬挂关键技术研究”(项目编号:2016YFC0802902),以提高三轴车辆的行驶平顺性为目的,设计主动悬架系统的滑模变结构控制器和RBF滑模变结构控制器,对基于三轴车辆整车主动悬架进行控制方法与仿真研究。本文首先概述了悬架系统及其控制方法的研究概况和发展趋势,提出了本文的研究目的和研究内容;其次,建立了随机路面激励模型,根据三轴车辆整车九自由度悬架系统的物理模型,建立了三轴车辆的主、被悬架系统的状态方程和基于天棚阻尼的整车参考模型,并给出了悬架系统的性能评价指标;再次,建立了基于参考模型的误差动力学模型,根据此误差动力学模型,设计了三轴车辆的主动悬架系统的滑模变结构控制器;然后,为了更加有效地减弱滑模的抖动,选取RBF神经网络对滑模变结构控制进行优化;最后,在MATLAB/Simulink中建立了三轴车辆的被动悬架系统模型、基于滑模变结构控制的主动悬架系统模型和基于RBF神经网络优化滑模变结构控制的主动悬架系统模型,以三轴车辆的车身垂向、俯仰和侧倾加速度、悬架动行程和轮胎动变形这几个参量作为研究参量,在本文研究的两种控制方法下,分别对主动悬架系统分别与被动悬架系统作对比分析。仿真结果表明,这两种控制方法均能提高三轴车辆的稳定性,并且有效地改善了三轴车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。

关键词：三轴车辆主动悬架滑模变结构控制 RBF神经网络控制仿真

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三轴车辆电液伺服主动悬架控制方法研究

三轴车辆电液伺服主动悬架控制方法研究

作者：李欣同燕山大学

学位级别：硕士

在抢险救灾过程中,应急救援车辆时常需要在复杂恶劣的路面上行驶,由于应急救援车辆作用的特殊性,使其对车辆行驶平顺性具有较高的要求。通过在应急救援车辆上安装主动悬架系统,可以达到提升车辆行驶平顺性的目的。主动悬架系统的控制策... 详细信息

在抢险救灾过程中,应急救援车辆时常需要在复杂恶劣的路面上行驶,由于应急救援车辆作用的特殊性,使其对车辆行驶平顺性具有较高的要求。通过在应急救援车辆上安装主动悬架系统,可以达到提升车辆行驶平顺性的目的。主动悬架系统的控制策略在很大程度上影响着主动悬架系统的性能,因此有必要对其进行研究。本文结合国家重点研发计划“高机动应急救援车辆(含消防车辆)专用底盘及悬挂关键技术研究”(2016YFC0802902),对三轴应急救援车辆主动悬架系统控制策略进行研究。引入悬架系统双环控制思想,设计外环控制器用于根据车身状态计算作动器需要输出的目标作动力,以消除路面扰动对车身的影响;设计内环控制器用于控制主动悬架电液伺服作动器快速准确地输出目标作动力,提升悬架系统的性能。本文内容可概括如下:(1)建立了路面与车辆模型。推导建立了随机路面激励模型;给出车辆悬架系统的性能评价指标;依据悬架系统性能评价指标与平顺性要求,对三轴整车模型进行简化,建立了三轴9自由度整车动力学模型,推导了整车主、被动悬架系统状态空间表达式。(2)设计了基于卡尔曼滤波的模型预测控制器作为悬架系统的外环控制器。针对整车模型设计了卡尔曼滤波器对车辆状态进行最优估计;根据模型预测控制理论设计了悬架系统模型预测控制器(MPC);构建了基于卡尔曼滤波的主动悬架模型预测控制器,用以提升车辆行驶的平顺性与操纵稳定性。(3)设计了线性自抗扰控制器作为悬架系统的内环控制器。建立了电液伺服主动悬架作动器非线性模型;设计了线性自抗扰控制器(LADRC)对悬架作动器进行控制,以使得悬架作动器能够准确快速地输出目标作动力,提升悬架系统的性能。(4)分别对内、外环控制器进行仿真与分析得到,LADRC控制的悬架作动器能够准确快速地输出作动力,其响应速度快,跟踪性能良好;相比于被动悬架与LQR控制的主动悬架,MPC控制的主动悬架能够较好地提升车辆行驶的平顺性与操纵稳定性,同时可以有效避免悬架行程饱和。

关键词：主动悬架三轴车辆模型预测控制线性自抗扰控制内外环控制

结构参数变化对三轴车辆操纵稳定性的影响分析

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机械设计与制造 2013年第1期 214-216,219页

作者：王树凤张洪涛柴山山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255049 吉林大学汽车工程学院吉林长春130025

多轴车辆由于轴数多、车身长、载重量大,其转弯半径大,高速转向时容易甩尾,稳定性差,为提高多轴车辆低速时的机动灵活性和中高速的稳定性,三轴车辆为研究对象,建立了二自由度操纵稳定性模型,对由于车辆结构变化引起的质心、转动惯量等... 详细信息

多轴车辆由于轴数多、车身长、载重量大,其转弯半径大,高速转向时容易甩尾,稳定性差,为提高多轴车辆低速时的机动灵活性和中高速的稳定性,三轴车辆为研究对象,建立了二自由度操纵稳定性模型,对由于车辆结构变化引起的质心、转动惯量等参数进行了重新计算,分析了轴距、侧偏刚度等结构参数的变化对车辆操纵稳定性的影响。根据分析结果对车辆的改装提出了合理的设计建议。另外还分析了二轴车辆改装成三轴车辆后,后轴距的变化对车辆性能的影响。

关键词：三轴车辆结构参数操纵稳定性

基于转向模式切换的三轴独立转向车辆路径跟踪控制研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 243-251页

作者：张昊魏超胡纪滨陈泳丹北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针... 详细信息

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针对三轴独立转向无人车辆在路径跟踪过程中的转向控制问题,基于理论力学和轮胎魔术公式建立多自由度模型,对比不同转向模式下横向位移和横摆角变化差异。然后,以实车响应数据作为参考,采用非支配排序遗传算法II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)优化多自由度模型参数,并通过模型仿真获取数据集。通过BP神经网络(Back-propagation network)制定转向模式切换策略,最终将模式切换策略引入模型预测控制器,仿真试验和实车试验结果表明,三轴独立转向车辆在路径跟踪过程中通过转向模式切换可以有效提高跟踪精度。

关键词：三轴车辆独立转向模式切换神经网络路径跟踪

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