摘要：拓扑优化作为一种先进的结构优化方法,其本质是在给定载荷和边界条件下通过寻求设计域内材料的最优分布形式而获得性能最优的结构拓扑形式。近年来,随着优化算法和计算机科学的不断发展,结构拓扑优化在航空航天、汽车、船舶等运载工程有广泛的应用前景。基于理论研究层面,探讨离散体和连续体结构拓扑优化方法及其特点。针对拓扑优化在航空航天、汽车、船舶等运载工程的具体应用,指出结构拓扑优化存在的缺点及其推广所面临的挑战。同时,探讨国内外拓扑优化工业软件开发应用的研究现状和发展趋势。目前,拓扑优化面临的主要问题是在处理大规模运载工程结构优化的迭代中,需要进行多次有限元分析,增加计算空间和时间的复杂度。针对此情况介绍以等几何分析及机器学习为代表的新学科方向,以改善拓扑优化设计的不足,从而缩短运载装备的设计周期,并对未来的研究趋势进行初步探讨。

摘要：针对应急转向下车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性,研究前轮主动转向(active front-wheel steering,AFS)和直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的非线性模型预测MPC集成控制。考虑轮胎侧偏刚度非线性变化,采用Takagi-Sugeon方法(T-S)建立4个车辆横摆-侧倾线性子系统,结合模糊观测器实时获取轮胎动态参数。为消除侧倾稳定性能约束,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型,引入侧倾稳定指标约束期望横摆角速度。根据横摆角速度、质心侧偏角、侧倾姿态的跟踪偏差和控制输入建立二次型评价函数,以驾驶员转向扰动为评价函数附加项,构建无限预测时域MPC最优性能指标,基于分布补偿方法设计非线性系统的模糊控制器MPC-TS,并根据轮胎侧偏特性设计自适应主动转向约束。通过LMIs方法将无限时域的非线性MPC控制转化凸优化过程,推导子系统转向扰动最小值问题的线性不等式。最后联合Trucksim-Simulink软件进行仿真测试,以Sine with Dwell和Fishhook曲线为驾驶员输入模拟应急转向过程,结果表明:在驾驶员应急转向的强非线性过程,MPC-TS方法能够显著增强横摆稳定性和侧倾稳定性,并适应低附和高附着路面。

摘要：为降低由于驾驶人疲劳所引发的车辆失稳风险,提出了一种考虑驾驶疲劳特性的差动转向共享控制方法.首先,建立了可表征驾驶疲劳特性的驾驶人-车辆模型;然后设计考虑车速、手臂肌肉刚度与反应时间不确定性的动态输出反馈鲁棒控制器,并采用极点配置方法提升驾驶人-车辆闭环系统稳定性;最后搭建了PreScan\Carsim\Simulink联合仿真平台与驾驶人硬件在环试验平台.结果表明:加入所提出的共享转向控制后,不同疲劳状态下的车辆路径跟踪误差指标减小了59.53%以上,有效提升了车辆的路径跟踪性能;针对轻度、重度疲劳驾驶人,生理负荷指标与心理负荷指标在控制器辅助下均减小了48.92%以上,实现了不同等级的个性化辅助驾驶.

摘要：针对轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制问题,充分考虑轮胎弛豫特性对加速舒适性的影响,提出一种基于线性参数时变-鲁棒保性能极点配置的驱动防滑控制方法。阐述轮胎弛豫特性与传统稳态车轮旋转动力学的耦合机理,指出弛豫特性是造成的滑移率振荡的原因,并依此建立弛豫车轮旋转动力学模型。为了抑制车轮滑转的同时降低弛豫特性对纵向舒适性的影响,基于保性能极点配置方法设计驱动防滑控制系统。针对模型中存在的摄动参数与时变参数,构建鲁棒控制-增益调度策略保证滑移率跟踪的稳定性。数值仿真和实车试验结果表明,所设计的驱动防滑控制系统可以实现任意路面附着与初始车速下车轮滑移率的自适应控制,具有较强的鲁棒性。与传统的驱动防滑控制系统相比,其对车身加速度振荡的抑制更加明显,提高轮毂电机驱动电动汽车的纵向稳定性和加速舒适性。

摘要：将四轮转向与直接横摆力矩相结合,考虑模型摄动优化权函数抑制外扰,基于模型跟踪设计μ综合鲁棒集成控制器。采用J-turn操纵方式高速下验证控制器的鲁棒性,比较前轮转向直接横摆力矩,四轮转向与四轮转向直接横摆力矩三种车辆控制系统的操纵性能,仿真表明设计的四轮转向直接横摆力矩集成μ综合控制器更能有效地提高车辆闭环系统的鲁棒性,抵制外部扰动的鲁棒稳定性,且避免了H∞控制器的保守性。

摘要：人机共驾型智能汽车中驾驶员和自动控制器共享车辆的控制权。其中,人类驾驶员能够更好地适应未知复杂环境,自动控制器在已知环境中具有更高的控制精度,车辆控制权限在两者之间转移可实现“1+1>2”的控制效果。提出一种考虑驾驶员个性化操纵偏好的权限转移控制策略。首先,采用模型预测控制方法设计车辆控制器,根据驾驶员在视觉预瞄、反馈控制、比例增益、大脑和神经肌肉延迟的个性化操纵特性对所设计的控制器进行拟人化改进,以减少权限转移过程中的人机冲突。其次,提出一种基于样条曲线方法的柔性化权限转移策略,并在权限转移策略中考虑驾驶员的个性化预瞄时间和反应时间约束,使其能够符合驾驶员的操纵偏好。最后,将提出的柔性化权限转移策略与常见的阶跃式和渐进式两种权限转移方法进行对比。驾驶员在环试验结果表明,相比于常见的两种方法,采用设计的权限转移策略,使得新手驾驶员的路径跟踪精度分别提高33.8%和32.4%,权限转移过程中的驾驶舒适性分别提高50.6%和45.8%;熟练驾驶员的路径跟踪精度分别提高42%和33.3%,驾驶舒适性分别提高57.8%和48%。

摘要：为了提高四轮转向(4WS)控制技术用于改善汽车操纵稳定性时的有效性,基于硬件在环仿真技术进行4WS车辆快速开发系统的总体方案设计,从仿真计算机软硬件、接口、实际车辆硬件3个方面论述4WS车辆快速开发系统的设计过程;通过纯数字仿真、实时数字仿真、硬件在环仿真以及实车试验验证建立整个4WS车辆控制逻辑快速开发过程。实车道路试验结果表明:改装的4WS轿车的性能优于原来的前轮转向系统,具有较好的操纵稳定性。

摘要：实际汽车行驶总承担不同的载荷以及运行状态(如速度)变化,以横摆角速度跟踪反馈为控制逻辑,设计μ综合鲁棒控制器来抑制外部干扰,优化权函数,实现了传统四轮转向4WS(Four-wheelsteering)车辆控制器难于达到的性能指标。仿真表明,所设计的4WS汽车μ综合鲁棒控制器不仅可使其具有良好操纵性能鲁棒性和稳定鲁棒性,即对外界干扰具有很好的抑制性能且不敏感于车辆参数变化,也改善了以往H∞控制器设计偏于保守的问题。

摘要：考虑车辆行驶工况的不确定性及系统建模误差,建立了多自由度四轮转向车辆动力学数学模型。基于结构奇异值μ综合鲁棒理论,通过设立不确定性虚拟模块,设计了μ综合控制器,抑制外部扰动;基于Matlab/Simulink/dSPACE建立了四轮转向(4WS)车辆控制系统的HILS快速开发平台,验证测试控制器的有效性;通过实车试验修订硬件在环仿真结果。试验表明四轮转向车辆控制系统的纯数字仿真-实时数字仿真-硬件在环仿真-实车试验整个控制系统开发过程的有效性及优越性,说明该快速开发系统具有较好的扩展性。

摘要：为了降低车辆状态估计过程中历史量测数据误差的影响,提出一种限定记忆随机加权扩展卡尔曼滤波(LMRWEKF)算法.首先,建立三自由度非线性车辆动力学模型;其次,将限定记忆滤波与扩展卡尔曼滤波融合,构成限定记忆扩展卡尔曼滤波;然后,依据随机加权理论,设计服从狄利克雷分布的加权系数来进一步提高滤波估计精度;最后,建立Carsim与Matlab/Simulink联合仿真平台,并进行了高附着系数和低附着系数2种不同工况下的仿真实验.结果表明:相比于标准扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,高附着路面仿真工况下,基于LMRWEKF算法估计得到的横摆角速度、质心侧偏角和纵向速度的均方根误差分别降低了60.23%、19.63%、91.57%;低附着路面仿真工况下,基于LMRWEKF算法估计得到的横摆角速度、质心侧偏角和纵向速度的均方根误差分别降低了59.38%、13.92%、94.20%.所提出的LMRWEKF算法能有效抑制噪声波动,提高估计精度.