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基于非线性指数触发的分布式驱动六轮转向商用车稳定性控制研究

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机械工程学报 2024年

作者：石轩宇蔡英凤王海孙晓强陈龙杨超江苏大学汽车与交通工程学院江苏大学汽车工程研究院徐工集团工程机械研究院

多轮转向与附加横摆力矩系统的引入，有助于提升智能商用车路径跟踪能力，并改善其在极限工况下的动力学稳定性能，但如何应对多子系统之间的耦合以及介入时的冗余与冲突是关键难题。针对该问题，引入李雅普诺夫指数稳定性判据，基于状... 详细信息

多轮转向与附加横摆力矩系统的引入，有助于提升智能商用车路径跟踪能力，并改善其在极限工况下的动力学稳定性能，但如何应对多子系统之间的耦合以及介入时的冗余与冲突是关键难题。针对该问题，引入李雅普诺夫指数稳定性判据，基于状态量在无限长时间内的矢量膨胀或收缩平均速率，构建实时非线性触发指数；由驾驶员转向指令控制前轮转角进行路径跟踪，当稳定性指数达到各子系统触发阈值时，以积分终端滑模算法控制中后轴辅助转向，以比例-积分-微分滑模算法控制附加横摆力矩，并完成各轮驱动力矩的优化分配。同时，提出包含动态裕度的子系统触发逻辑架构，解决子系统频繁介入引起的控制波动。最后，通过Simulink-TruckSim联合仿真进行算法验证，结果表明：在高速域，触发机制可使各子系统适时介入，降低触发频率，充分发挥车辆的极限稳定性能；在低速域，触发机制的引入避免了车辆稳定时的子系统非必要响应，降低多子系统冗余致动产生的负面效应；触发机制在保障车辆稳定性的前提下，未对路径跟踪性能产生不利影响。

关键词：分布式驱动六轮转向商用车李雅普诺夫指数稳定性控制事件触发

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成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复的影响

光学学报 2024年第8期44卷 150-159页

作者：夏晓华曹雨松向浩鸣袁述皓葛兆凯长安大学工程机械学院陕西西安710064

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主... 详细信息

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序,重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律,并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度,建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式,为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明:焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数,在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数,且随着采样间距减小,最佳焦距增大,最佳F数减小;多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%,验证准确率为94.76%,可用于最佳景深的计算;采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度,为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。

关键词：机器视觉聚焦形貌恢复成像参数大深度物体重建精度

基于转向/横摆纳什博弈的智能车辆路径跟踪协调控制

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机械工程学报 2024年第10期60卷 439-452页

作者：汪洪波周俊涛陈无畏郑文杰谢有浩合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 滁州学院机械与电气工程学院滁州239000

针对仅采用转向控制对车辆路径跟踪性能改善有限的问题,提出一种基于转向/横摆纳什博弈的智能车辆路径跟踪协调控制策略。首先,利用容积卡尔曼滤波算法进行轮胎侧向受力实时估计以实现侧偏刚度自修正;基于车辆单轨动力学模型,采用纳什... 详细信息

针对仅采用转向控制对车辆路径跟踪性能改善有限的问题,提出一种基于转向/横摆纳什博弈的智能车辆路径跟踪协调控制策略。首先,利用容积卡尔曼滤波算法进行轮胎侧向受力实时估计以实现侧偏刚度自修正;基于车辆单轨动力学模型,采用纳什博弈算法系统建模,以描述转向与横摆力矩同时施加于被控车辆时的交互关系,并分别赋予两者以跟踪精度和横向稳定性为各自的控制目标;通过建立预测模型、设定代价函数以及求解纳什均衡等步骤,得到前轮转角和横摆力矩最优控制量。为合理应对不同的工况需求,基于β-ω相平面获取考虑纵向车速与路面附着系数影响的动态稳定包络边界,定义稳定裕度指标划分车辆状态稳定类别,并设计不同的控制模式;控制模式的选择及控制量大小的调节通过控制权重R自适应调整实现,横摆力矩控制则采用单轮差动制动完成。进行联合仿真和硬件在环试验,结果表明,纳什博弈较模型预测控制具有更佳的路径跟踪综合协调控制性能;控制策略中稳定性判别的考虑提升了差动制动的介入精准度;权重R的自适应调整则加强了控制量输出对工况变化的适应能力。

关键词：路径跟踪侧偏刚度修正稳定判别纳什博弈协调控制

开放式胫骨高位截骨术中三维打印填充块设计的生物力学研究

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生物医学工程学杂志 2024年第4期41卷 758-765页

作者：张静张嘉宁郭磊陈世斌靳忠民陈瑱贤长安大学工程机械学院西安710064 西南交通大学机械工程学院成都610031

使用填充块可以改善开放式胫骨高位截骨术(OWHTO)初始稳定性,促进骨愈合。然而,填充块结构及材料对OWHTO的生物力学影响依然不清楚。本文通过对OWHTO解剖型填充块进行设计建模,采用有限元方法,研究了填充块结构及材料对OWHTO固定系统固... 详细信息

使用填充块可以改善开放式胫骨高位截骨术(OWHTO)初始稳定性,促进骨愈合。然而,填充块结构及材料对OWHTO的生物力学影响依然不清楚。本文通过对OWHTO解剖型填充块进行设计建模,采用有限元方法,研究了填充块结构及材料对OWHTO固定系统固定板、胫骨、螺钉、填充块的应力和楔形间隙处的微位移影响。在OWHTO引入填充块后固定板最大应力降低了30%以上,胫骨最大应力下降了15%以上,外侧铰链区域最大应力下降了81%。填充块采用楔形间隙后侧位置填充设计时,固定系统最大应力为97.8 MPa,明显小于其他填充方式,且截骨间隙微位移最小为–2.9μm,大于其他填充方式。与钛合金和钽金属相比,填充块采用多孔羟基磷灰石(HA)时可获得较大的截骨开口间隙微位移以刺激骨愈合。本研究结果表明OWHTO固定系统引入填充块更好地平衡了整体的应力分布,填充块结构采用楔形间隙后侧位置填充设计可以获得更优的固定效果,填充块材料采用多孔HA时骨愈合效果会更好。

关键词：开放式胫骨高位截骨术填充块设计生物力学

驱动系统效率最优的并联混合动力商用车模式切换及换挡控制策略

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中国机械工程 2024年第2期35卷 354-363页

作者：严正峰蒋光宗姚明尧合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009

为提高搭载自动变速器的并联混合动力商用车燃油经济性,以驱动系统效率最优为目标,提出一种新的驱动模式边界划分和挡位边界划分方法。制定了基于效率最优的模式切换及换挡控制策略,并在中国重型商用车行驶工况下对所制定的控制策略进... 详细信息

为提高搭载自动变速器的并联混合动力商用车燃油经济性,以驱动系统效率最优为目标,提出一种新的驱动模式边界划分和挡位边界划分方法。制定了基于效率最优的模式切换及换挡控制策略,并在中国重型商用车行驶工况下对所制定的控制策略进行了仿真验证。结果表明,所提出的策略不仅能够维持电池荷电状态的平衡,且百公里油耗比电辅助控制策略低11.2%,具有更好的燃油经济性。

关键词：能量管理策略边界划分方法模式切换换挡规律混合动力商用车

宽温度环境下基于迁移模型的锂电池组SOC估计

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中国公路学报 2024年第5期37卷 383-396页

作者：申江卫刘伟强高承志陈峥刘永刚昆明理工大学交通工程学院云南昆明650000 重庆大学机械与运载工程学院重庆400030

锂离子电池组内单体不一致性以及外界环境温度变化给其荷电状态(State of Charge, SOC)精确且高效估计带来挑战,而传统方法往往忽略电池不一致性影响或者计算复杂度高,难以对电池组进行高效且精确的SOC估计。为提升实际使用环境下锂电池... 详细信息

锂离子电池组内单体不一致性以及外界环境温度变化给其荷电状态(State of Charge, SOC)精确且高效估计带来挑战,而传统方法往往忽略电池不一致性影响或者计算复杂度高,难以对电池组进行高效且精确的SOC估计。为提升实际使用环境下锂电池组SOC估计精度和效率,开发了一种基于迁移模型的锂电池组SOC估计方法。首先,在传统二阶RC等效电路模型的基础上通过参数辨识、SOC与模型参数关系曲线拟合等工作完成迁移模型搭建,以此来应对温度变化对模型参数的影响并降低重复建模所需的工作量;之后,结合V_(min)+V_(max)模型(V_(min)+V_(max) Model, VVM)对电池组SOC进行了表征,充分考虑电池不一致性影响并且减少了电池组SOC估计的复杂程度。同时在电池组SOC估计的过程中融入权重因子,调整电池组输出SOC,防止电池组出现过充过放现象,保证电池组的使用安全;最后,设计开展了不同温度以及变温状态下的电池组试验测试,对电池组中单体级及模组级SOC估计精度进行了验证,并与传统的电池组SOC估计方法进行对比分析。验证结果表明:所提方法在几种不同温度下的单体及模组SOC估计结果均保持较好的计算精度;在变温状态下,电池组SOC估计方法仍然具有较高的精度。其中,单体电池SOC估计结果平均绝对误差最大为1.30%;在恒温状态下,电池组SOC估计结果的最大平均绝对误差为1.49%;而电池组SOC估计结果在变温状态下的最大平均绝对误差为1.21%。证明了所提方法具有计算精度高、计算复杂程度低以及安全可靠的优点。

关键词：汽车工程荷电状态估计迁移模型电池组温度

无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪节能控制融合研究

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中国机械工程 2024年第4期35卷 678-690页

作者：刘俊玲冯港辉张俊江杨凯河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003

为进一步提高无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪精度和能耗经济性,提出了一种轨迹跟踪节能控制融合策略。首先,建立车辆运动学模型,采用模型预测控制策略对车辆进行轨迹跟踪控制;在此基础上,以速度为交互变量,提出了一种三阶段动态规划节能... 详细信息

为进一步提高无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪精度和能耗经济性,提出了一种轨迹跟踪节能控制融合策略。首先,建立车辆运动学模型,采用模型预测控制策略对车辆进行轨迹跟踪控制;在此基础上,以速度为交互变量,提出了一种三阶段动态规划节能控制策略,在线优化最优经济性函数,以降低整车能耗总成本;最后,选择相互独立的纯跟踪轨迹跟踪算法与功率跟随节能控制策略进行比较。结果表明,所提出的轨迹跟踪节能控制融合策略提高了轨迹跟踪效果,降低了整车能耗总成本,轨迹跟踪精度提高了70.47%,纯电动和混合驱动模式下能耗总成本分别下降了4.52%和25.10%。

关键词：无人驾驶汽车混合动力模型预测控制动态规划轨迹跟踪节能控制

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多胞铝合金薄壁管耐撞性分析与区间优化设计

汽车工程 2024年第7期46卷 1323-1333页

作者：钱立军俞陆新谷先广梁文宇合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 安徽机电职业技术学院机械工程学院芜湖241002

铝合金多胞薄壁管轴向压缩在能量吸收方面比普通方形管具有更优的力学性能,在汽车、航空、军事装备以及其他产业应用前景非常广泛。为研究挤压型材6061-T6铝合金材料各向异性特征,在板材上分别沿挤压方向0°、45°、90°取样进行单轴拉... 详细信息

铝合金多胞薄壁管轴向压缩在能量吸收方面比普通方形管具有更优的力学性能,在汽车、航空、军事装备以及其他产业应用前景非常广泛。为研究挤压型材6061-T6铝合金材料各向异性特征,在板材上分别沿挤压方向0°、45°、90°取样进行单轴拉伸力学特性试验,获取相应的应力-应变曲线和各向异性特征参数,基于各向异性硬化行为的屈服准则建立材料本构模型。设计口字、日字、目字等构型截面并对管件进行准静态压溃试验,通过对比分析变形-压溃力曲线表明目字型多胞铝合金薄壁结构具有更加优越的耐撞性能。为进一步获得目字型薄壁管最优设计参数,考虑泊松比、弹性模量等材料参数波动对结构耐撞性能产生不确定性影响,建立多胞铝合金薄壁管耐撞性区间不确定性优化模型,采用区间可能度方法将其转化为确定性问题,结合人工神经网络(artificial neural networks,ANNs)模型与交错投影寻踪遗传算法(intergeneration projection genetic algorithm,IP-GA)方法对该问题进行双层嵌套优化,分析不同可能度水平对不确定性优化结果的影响,为不同可靠性优化设计的选择提供指导性意见。

关键词：铝合金薄壁管材料本构多胞结构耐撞性区间优化

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考虑多工况的甘蔗收割机回转台轻量化研究

机械设计与制造 2024年第4期398卷 51-55,59页

作者：靳龙陈波铭广西科技大学机械与交通工程学院广西柳州545006

甘蔗收割机回转台在工作过程中承受过双侧凹坑、转向过坑等工况载荷及扭矩的作用,受力复杂,优化时需要多工况综合考虑。ESO多工况优化方法由于未考虑不同工况间的重要程度,不易获得全局最优解。因此提出一种多目标拓扑优化函数,采用带... 详细信息

甘蔗收割机回转台在工作过程中承受过双侧凹坑、转向过坑等工况载荷及扭矩的作用,受力复杂,优化时需要多工况综合考虑。ESO多工况优化方法由于未考虑不同工况间的重要程度,不易获得全局最优解。因此提出一种多目标拓扑优化函数,采用带权重的线性加权法协调多个目标函数,构建多工况拓扑优化数学模型,运用层次分析法确定各工况的权重系数,基于inspire软件对回转台进行多目标拓扑优化,从而获得材料的最优分布。优化结果表明:优化后回转台结构最大应力与最大位移均有所下降且满足强度与刚度要求,实现了多目标同时优化。

关键词：回转台多工况拓扑优化轻量化设计