摘要：以提升车辆乘坐舒适性为目标,基于分数阶微积分理论提出分数阶天棚控制策略。首先,建立分数阶天棚车辆悬架动力学模型,推导得到分数阶天棚阻尼力和分数阶天棚惯性力的解析表达式,采用粒子群算法优化求解悬架的关键参数;针对分数阶力无法物理实现的问题,以应用机电惯容器的车辆ISD(inerter-spring-damper)悬架为被控模型,设计了基于分数阶天棚的模型参考自适应控制器跟踪分数阶悬架的力学性能输出。分别从频域与时域的角度对分数阶天棚惯容和分数阶天棚阻尼悬架进行了动态性能分析。仿真结果表明,分数阶天棚惯容悬架在降低乘坐舒适性方面相比于整数阶天棚惯容悬架具有更加显著的优势。在随机路面输入下,分数阶天棚阻尼悬架的车身加速度均方根值降低18.3%,而分数阶天棚惯容悬架降低20.6%,台架实验结果表明本文提出的基于分数阶天棚的车辆ISD悬架进一步提升了乘坐舒适性,为车辆ISD悬架的设计提供新思路。

摘要：针对轮毂电机驱动汽车(hub motor driven vehicle,HMDV)因开关磁阻电机自重和电机气隙偏心导致产生的垂向振动负效应严重恶化车辆的平顺性和操稳性的问题,提出一种基于分数阶滑模控制的HMDV可控动惯性悬架优化设计方法。首先,在轮毂驱动电机气隙偏心产生的不平衡径向力基础上,建立HMDV 1/4混棚动惯性悬架,理论证明二阶混棚正实网络的优异性能;其次,采用HMDV二阶混棚正实网络作为参考模型,构建基于分数阶滑模控制理论的HMDV协调控制系统,在随机路面下进行平顺性仿真和分析;最后,进行HMDV 1/4悬架台架试验。试验结果表明,HMDV可控动惯性悬架与HMDV传统被动悬架相比,车身加速度均方根值、悬架动行程均方根值以及轮胎动载荷均方根值最大降幅分别为7.72%、30.64%以及11.54%。验证了所设计的HMDV可控动惯性悬架对于由开关磁阻电机造成的垂向振动负效应有优异的抑制性能。

摘要：针对自动驾驶轨迹规划中关于实时性、安全性和舒适性的问题,提出一种优化采样点选择策略的自动驾驶轨迹规划方法,通过代价函数选取最优轨迹。综合考虑道路风险和障碍物风险,基于三角函数和二维高斯函数构建风险代价函数,引入障碍物筛选函数,提高处理复杂环境的能力;针对传统动态规划算法存在冗余计算的问题,基于车辆运动学、动力学性质和行驶特性,设计了有最大横向约束和不可倒车约束的采样点选择策略,提高动态规划算法的求解效率;构建速度优化模型,确保速度曲线符合速度限制、安全性和舒适性标准。通过联合仿真验证了该算法在不同道路环境下能够满足安全性要求,具有一定舒适性,且计算效率明显提升。

摘要：再生制动技术可以有效回收车辆制动能量,是提高电动汽车续驶里程的重要途径,超级电容具有高功率密度、高效率的特点,利用蓄电池-超级电容组成的复合电源作为电动汽车的储能装置可以改善电池工作状态,提高电池寿命及可靠性,并提高能量回收率。目前使用复合电源(蓄电池-超级电容)进行再生制动的电动汽车多采用并联形式,针对此类状况,基于无源串联复合电源结构设计其再生制动系统,其主要由电机、超级电容组、整流桥和控制器组成。在控制策略上,采用电压反馈恒定电流制动方式,基于脉冲宽度调制(PWM)控制,在制动过程中根据电动汽车车速与超级电容端电压实时调节PWM的占空比以实现目标制动电流恒定。在MATLAB/Simulink平台上建立再生制动系统仿真模型,验证所提控制策略的有效性,并利用某电动汽车对所设计系统进行滑行、制动等试验。研究结果表明:相比有源并联式复合电源,该系统不需要DC/DC转换器,结构及控制简单,该系统能够较好地实现制动能量回收,所采用的控制策略能够有效地实现恒电流制动,电制动减速度稳定,同时具有较高的能量回收率。

摘要：针对传统单一控制算法无法有效协调智能汽车不同转向工况下横向控制性能要求的问题,根据智能汽车在高速和低速转向工况下呈现出的系统特性差异,设计了一种基于PID控制和模型预测控制的智能汽车路径跟踪混合控制策略。该控制策略在低速模式下采用PID控制,在高速模式下则采用模型预测控制,通过车辆速度确定路径跟踪控制模式,进而设计带稳定监督的控制模式切换机制,实现了横向控制系统的平滑切换。基于Carsim和MATLAB/Simulink仿真平台对所设计的智能汽车路径跟踪混合控制策略进行了仿真验证,在此基础上,进一步完成了实车试验。仿真和实车试验结果表明,所设计的混合控制策略能够保证智能汽车不同速度下的路径跟踪性能,具有较好的跟踪精度、实时性和车辆行驶稳定性。

摘要：忆惯容器与电学中的忆容器对应,是一种具有记忆特性和自适应性的非线性被动元件。目前,非线性的阻尼与弹簧元件已有广泛研究,而非线性的忆惯容器及其在悬架上的应用却鲜有报道,忆惯容器悬架的结构与参数设计仍是一个难题。为此,本研究根据能量方法证明了忆惯容器的等效惯质定理,基于该定理提出一种忆惯容器非线性悬架的网络综合设计方法,包括结构综合与参数综合。结构综合将悬架网络看作一个鲁棒控制器,通过求解控制器的方法获得忆惯容器悬架结构。参数综合运用多目标参数优化方法确定悬架的系统参数,并根据实际工程情况计算得到悬架的装配参数。在此基础上设计了一阶及高阶忆惯容器悬架网络系统,并给出了1/4车辆模型的动力学方程。对悬架模型进行仿真分析,在正弦激励输入下的传递特性表明,各阶忆惯容器悬架都具有良好的载荷适应性。随机路面输入下的响应特性显示,与对应的线性悬架相比,采用网络综合方法设计的各阶忆惯容器非线性悬架的车身加速度出现了明显的降低,轮胎动载荷得到了改善,表现出了更好的行驶平顺性和操纵稳定性,表明悬架网络综合设计方法是可行的。

摘要：为提升智能汽车轨迹跟踪控制的稳定性和精度,提出一种基于时域参数自适应MPC与RBF-PID的轨迹跟踪控制方法.首先搭建车辆横纵向动力学模型;其次分析控制时域与预测时域对跟踪精度的影响,设计时域参数自适应MPC横向控制器并进行仿真验证;然后基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID控制参数,设计分层式纵向控制器,并设计折线速度曲线与PID算法进行对比;最后以车速为耦合点构建智能汽车横纵向综合控制系统,并在蛇形工况下对横纵向综合控制系统进行仿真实验.结果表明,所设计的横向控制器能保证低速时的跟踪精度和高速时的车辆稳定性,纵向控制器可有效提高速度跟踪精度,横纵向综合控制系统能实现车辆在变车速工况下对轨迹的精准跟踪,同时保证良好的行驶稳定性与舒适性.

摘要：四轮独立驱动电动汽车(4WID-EV)能独立实现4个轮胎纵向力的控制与分配,实时保证电动汽车的最佳运行状态。基于单个驱动轮的动力学和轮毂电机特性建立了驱动轮模型,采用电流、电压、转速等常用参数设计轮胎纵向力估计模型。考虑系统结构参数的不确定性和传感器噪声干扰,将驱动轮纵向力估计与干扰分离,基于卡尔曼滤波算法,设计了驱动轮纵向力-未知输入观测器。仿真和台架道路模拟试验结果表明,设计的观测系统能实时估计驱动轮纵向力,且具有较高的估计精度和抗干扰性,能满足四轮独立驱动电动汽车动力学控制要求。

摘要：为提高车辆状态估计结果的精度与可靠性,设计了一种车辆纵向力和质心侧偏角层级估计方法。研究了一种用于车辆行驶状态估计的加权容积卡尔曼滤波,采用移动窗估计法调整测量噪声的协方差矩阵,根据不同时刻信息对测量噪声统计的有用性,动态调整窗口中不同时刻信息的权重,从而提高车辆状态观测器的滤波精度。根据电驱动轮模型特点,并考虑轮胎松弛长度来构造纵向力微分方程,从而设计了纵向力观测器。在纵向力估计的基础上,将上层的纵向力估计值视为伪量测值,利用三自由度车辆动力学模型设计了基于级联卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计策略,实现了车辆质心侧偏角估计。进行了变速正弦转向工况和定速Fishhook转向工况下的CarSim/Simulink联合仿真试验以及实车试验,结果表明:所提方法整体估计精度相比扩展卡尔曼滤波提升了6.82%,具有较高的估计精度和实时跟踪效果,满足车辆应用需求。

摘要：针对无人车轨迹跟踪问题,提出了一种基于状态估计的无人车前轮转角和横摆稳定协调控制策略.建立了车辆轨迹跟踪模型,利用模型预测控制算法设计了轨迹跟踪控制器,得到实时跟踪参考轨迹所需的前轮转角.根据车辆模型设计了一种基于未知输入观测器的前轮转角估计方法,并将估计结果作为前轮转角跟踪控制的输入量.基于非奇异终端滑模控制设计了前轮转角跟踪方法,通过转向电机扭矩来控制车辆转向以实现轨迹跟踪.同时,设计了车辆横摆稳定控制器,通过控制横摆角速度跟踪误差确保车辆横摆稳定.建立了CarSim-Simulink联合仿真模型并进行仿真实测试.结果表明,未知输入观测器具有较好的前轮转角估计效果,从而为车辆协调控制提供可靠信息源,协调控制策略能够在保证车辆横摆稳定性的同时完成车辆轨迹跟踪.