Multi-objective Optimization of Differential Steering System of Electric Vehicle with Motorized Wheels

A differential steering system is presented for electric vehicle with motorized wheels and a dynamic model of three-freedom car is built. Based on these models, the quantitative expressions of the road feel, sensitivity, and operation stability of the steering are derived. Then, according to the features of multi-constrained optimization of multi-objective function, a multi-island genetic algorithm （MIGA） is designed. Taking the road feel and the sensi- tivity of the steering as optimization objectives and the operation stability of the steering as a constraint, the system parameters are optimized. The simulation results show that the system optimized with MIGA can improve the steering road feel, and guarantee the operation stability and steering sensibility.     

基于博弈论的8自由度整车悬架参数优化设计

建立了包含座椅垂直振动、车身垂直、仰俯、侧倾振动以及4个车轮垂直振动的整车8自由度悬架物理模型,并应用达朗伯尔原理建立其动力学方程,使用Matlab／Simulink软件对A,B,C不同等级路面激励进行时域模拟仿真。通过模态叠加法对方程进行求解,得到了整车的模态特性和3种路面激励输入下各个自由度位移、速度、加速度等振动响应量。在悬架参数的设定范围内,分析了座椅、悬架、车轮等的刚度、阻尼参数变化对车辆行驶性能的影响;根据博弈论,对多目标优化模型进行博弈分析．利用Stackelberg寡头博弈对多目标优化模型进行求解,计算结果表明,车辆的乘坐舒适度和对路面的损坏等性能指标均有所改善。     

树脂结合剂CBN砂轮缓进深磨钛合金——CBN砂轮在缓磨中的应用

本文从磨削力、磨削温度、金属去除量、砂轮磨损形态、磨削方式以及工件表面形貌等多方面考察研究了树脂结合剂CBN砂轮在缓进磨削钛合金中的应用,并将其与普通碳化硅砂轮的磨削性能作了对比。实验结果显示,在缓进磨削中,CBN砂轮的磨削性能确实明显优于碳化硅砂轮。CBN砂轮磨削时的力、温度值均较SiC砂轮磨削时要低,砂轮磨损速度远远低于SiC砂轮,磨削表面纹理也优于SiC砂轮。CBN砂轮缓磨钛合金时能长期保持锋利的原因不是由于自锐作用,而是CBN磨料不会与钛合金发生粘附且具有良好耐磨性的缘故。CBN磨料本身所具有的极高的化学稳定性、它的超硬超耐磨特性与缓磨本身的低温特征所构成的最佳工艺组合是解决钦合金难磨问题的理想途径。     

多模式自适应差动履带机器人

为提高履带机器人对复杂地形的通过能力与反应速度,基于差动轮系的原理,提出一种新型欠驱动式履带机器人。分析了机器人在松软、崎岖、平坦等地形下履带式、摇臂腿式、轮式等移动方式。描述了机器人通过台阶的4种情况,通过建立动力学模型,计算出4种情况下所需的驱动扭矩与障碍物高度、机器人履带模块尺寸之间的关系。利用ADAMS进行越障动力学仿真,得到机器人越障过程扭矩变化曲线。制作一台样机,进行攀爬台阶实验,验证了其自适应越障的可行性。理论分析与实验结果表明:该机器人针对地形变化自适应改变移动方式的能力提高了反应速度,多种越障方式有效增强了通过能力。     

基于自适应容积粒子滤波的车辆状态估计

针对车辆状态估计中由模型的强非线性、噪声的非高斯分布等相关因素导致估计精度下降甚至发散的问题,本文提出了基于自适应容积粒子滤波(Adaptive cubature particle filter,ACPF)的车辆状态估计器。首先基于非稳态动态轮胎模型,构建高维度非线性八自由度车辆模型。其次利用自适应容积卡尔曼滤波(Adaptive cubature Kalman filter,ACKF)算法更新基本粒子滤波(Particle filter,PF)算法的重要性密度函数,以完成自适应容积粒子滤波算法设计。利用车载传感器信息,运用ACPF算法实现对车辆的侧倾角、质心侧偏角等关键状态变量高精度在线观测。搭建Simulink-Carsim联合仿真平台进行了算法的验证,结果表明该算法状态估计精度高于传统无迹粒子滤波(Unscented particle filter,UPF)算法,且算法运算效率高于UPF算法,而传统PF估计值发散。研究结果为实现车辆动力学精准控制提供了理论支持。     

城市电动客车再生ABS系统的建模与仿真

为使城市电动客车在冰雪路面上再生制动时车轮具有防抱死功能,提出了通过控制驱动电机的再生制动力与反接制动力的方法来防止车轮抱死.建立了城市电动客车1/4车辆动力学模型;根据电机低速再生制动电路稳态条件,基于变结构控制理论设计了低速再生ABS控制器.仿真结果表明:系统具有足够的鲁棒性;制动过程由占主体的再生制动和制动期的反接制动组成;在电机峰值工作能力内,再生ABS制动能回收量随路面附着条件的改善而增加.研究结果对城市电动客车的制动系设计具有一定的参考价值.     

一种基于遗传算法的机器人补偿学习控制方法

机器人建模的不精确性以及一些扰动的存在给机器人控制增加了相当大的难度。针时这一问题，本文以PUMA560机器人为被控对象，给出了一种PUMA560机器人动力学模型的简化形式，采用PD控制的计算力矩法，得到了机器人的闭环动态误差方程，在此基础上设计了机器人的控制器结构，提出了一种新的基于遗传算法(Genetic algorithm，GA)的机器人补偿学习控制方法。将GA与计算力矩法相结合，利用进化学习来消除机器人中不确定因素的影响，实现时机器人轨迹跟踪的良好控制。最后给出了这种控制的仿真结果，验证了该方法的有效性。     

平面前刀面的模具铣刀齿槽磨削成形的研究

本文提出了一种直接磨削出具有平面曲线刀刃、平面前刀面及刃带宽度等于零的模具铣刀齿槽的原理与方法.文中,首先阐述了该种铣刀的刀刃形式与齿背线的特点,然后详细研究了磨削系统应具备的砂轮相对于刀具的安装和运动形式以及运动维数,依据啮合原理和微分几何的基本知识,严格地导出了磨削系统中各运动参数之间满足的函数关系,最后设计并制造了一套专门的试验装置,它和改装后的工具磨床配套,进行磨齿加工。磨齿试验验证了本文分析的正确性。     

飞机座舱风挡层合玻璃弹穿有限元分析

讨论了飞机风挡层合玻璃的抗弹穿叠层设计方法，建立了风挡层合玻璃三维有限元分析模型。对层合玻璃材料采用具有失效模型的弹塑性本构关系，用非线性Ｌａｇｒａｎｇｅ有限元程序模拟了飞机层合玻璃的子弹穿透动响应过程，给出了层合玻璃弹穿的计算实例，数值分析为防弹层合玻璃的设计提供了理论依据。     

纵扭复合型压电超声电机的研究

概述了纵扭复合型超声电机研制过程中的几个关键技术问题。内容包括电机的工作原理 ,指出了压电陶瓷片的安放位置 ,确定了一种电机的结构形式 ,该结构形式能调节所需两共振频率趋于一致。用优化方法对该结构形式的定子进行动力学设计 ,提高了设计效率 ;驱动控制电路 ;电机加工中应注意的问题。最后装配了一台直径 45 m m的电机 ,实验表明电机具有一定的转速和扭矩。     

外层空间无动力飞行器变质心控制模式分析

大气层内空气动力结合飞行器内部质量块移动实现变质心控制的应用研究在各所航空航天院校正进行得如火如荼,这与其固有的优势有着密切的关系;然而,这些研究大部分情况均忽略了质量块的运动带给飞行器运动特性的影响,实际上,为了从理论上比较完善地考察变质心控制,有必要将内部质量块控制模式带给飞行器的运动特性的影响进行独立的研究,而外层空间无动力情况正好隔离了其它因素的影响;同时,随着登月计划的实施,外层空间的探索、各种外层空间飞行器的研究,变质心控制在外层空间结合其它的控制方式也存在着强大的生命力,可见进行外层空间无动力飞行器的变质心控制模式研究具有重要意义。     

FL-11风洞旋翼翼型俯仰/沉浮动态试验装置的研制

为全面开展直升机旋翼动态失速研究,在FL-11风洞研制了俯仰/沉浮两自由度动态试验装置。首先设计试验装置的机械结构,并利用有限元法对机械支撑框架和运动基座进行静力学和模态分析;其次采用多电机同步驱动实现翼型俯仰和沉浮运动,利用SIMOTION D和S120构建的运动控制系统保证控制精度;最后利用基于龙门轴锁定增益补偿算法的同步控制技术提升电机同步精度,并通过电子凸轮技术实现振幅和频率的无级调节。结果表明:该装置能实现俯仰、沉浮振荡运动以及耦合振荡运动,俯仰运动最大振幅为15°、最高频率为5 Hz;沉浮运动最大振幅为130 mm、最高频率为5 Hz;角度和位移精度分别为3′和1 mm。该装置已成功应用于CRA309翼型动态气动特性风洞试验,为深入研究动态失速特性提供了试验平台。     

反映路谱对车辆制动性能影响的轮胎模型

分析了不平路面上车辆制动时轮胎与路面相互作用时的变化特点，建立了一种能反映在接地印迹上路面不平度对车轮垂直力，制动力及地面制动力矩变化影响的非线性时变轮胎模型，阐述了非线性时变轮胎模型的主要特征。运用非线性轮胎模型仿真计算了不平路面上汽车的制动过程，其仿真计算制动加速度变化与汽车实际制动过程中的变化有相同的规律性，通过仿真计算，说明本文所建立的非线性时变轮胎模型对不平路面上车辆的制动性能仿真研究具     

路谱对车辆制动过程中轮胎动态性能影响的仿真分析

采用作者建立的非线性时变轮胎模型,仿真分析了路面不平度幅值及路空间频率变化对地面附着性能的影响.得出路面不平度增大时,使路面对车轮的附着能力下降,因而使制动距离增长的结论.同时说明非线性时变轮胎模型能较真实地体现路面不平度的影响,对不平路面上车辆制动性能仿真是一个有效的轮胎力学模型.     

大型民机双作动筒式前轮转弯操纵系统设计与仿真分析

为了提高飞机起降性能,当前飞机起落架逐步发展为采用电传操纵技术。而为了满足对低速大转角机动和大转弯力矩的要求,现代大部分大型民机都装配了双作动筒式前轮转弯系统。本文以大型民机的双作动筒式电传前轮转弯操纵系统为研究对象,针对双作动筒式前轮转弯机构设计一种随动转阀式换向阀,以满足其在死点位置时液压源换向的要求;随后基于双作动筒式前轮转弯系统对操纵控制的要求,设计了集手轮低速大角度转弯、脚蹬快速小角度转弯以及减摆功能于一体的飞机前轮操纵电液伺服系统,并建立仿真模型,进行动态仿真分析,以检验系统的各项功能。仿真结果表明,系统能够满足工程使用的要求。     

双面抛光加工运动过程分析与数学模型的建立

晶片在双面抛光加工过程中具有多向运动、受力复杂、表面材料微细去除的特征,晶片的运动和受力是影响双面抛光加工质量的主要因素。本文通过分析双面抛光加工时晶片的运动规律和受力状态,建立了双面抛光加工时晶片运动的数学模型。研究结果表明,晶片的运动是行星运动和自转运动的合成,当晶片质量和惯性矩较小并可以忽略时,晶片的自转速度与抛光压力、抛光垫和晶片表面间的摩擦状态无关,而与行星轮和晶片端面间的摩擦状态、行星轮系统运动参数和抛光盘转速有关。     

基于主动转向干预的EPS系统转向盘力矩突变修正策略

在研究融合主动转向功能的电动助力转向系统实现原理的基础上,分析转向系统的力矩和角位移传递特性。针对主动转向干预时转向盘力矩发生突变的问题,提出一种适用于全车速范围的助力电机前馈助力修正策略。为验证所提出的前馈助力修正策略的修正效果,进行主动转向干预时转向盘力矩阶跃仿真试验。仿真结果表明:该策略有效地削弱了伴随主动转向干预同时出现的转向盘力矩突变,且在高速时该修正策略仍然有效,改善了主动转向干预时转向系统的转向路感。     

一种新的基于红外图像的道路边界检测方法

研究了红外图像中道路边界的检测方法。首先分析了用于智能车辆视觉导航的红外道路图像的特点,并指出常用图像处理方法在检测红外道路边界时的缺陷;然后从图像灰度角度出发,提出了基于折线模型的候选道路边界线段快速提取方法,并采用关系稳定性规则对道路边界区域进行筛选和处理;同时利用多尺度形态学梯度进行道路边界区域提取;最后将上述基于灰度和梯度的两种边缘提取结果相互验证,得到可靠的道路边界描述。实验表明文中提出的道路边界检测方法具有很好的性能,能够满足实时应用需要。     

车用开关磁阻电机起动／发电／助力一体化系统研究

介绍了一种基于DSP和CPLD的车用开关磁阻电机起动/发电/助力一体化系统。该系统研制了一台3 kW12/10结构开关磁阻电机作为机电能量转换装置,采用TM S320F 240型DSP和EPM 7128S型CPLD构成数字控制器,可实现汽车的起动、助力、发电等一体化功能。在控制策略上,起动时以获得最大电磁转矩为优化目标,助力时兼顾转矩和效率,发电时则根据蓄电池的荷电情况自动选择恒流充电和恒压充电。实验结果表明,本文提出的车用开关磁阻电机起动/发电/助力一体化系统具有优良的电动、发电及缺相运行性能,能满足汽车的起动、助力、发电等一体化功能要求。     

磨料有序排布钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的性能研究

通过优化排布金刚石磨料研制出钎焊单层金刚石端面砂轮.以硬质合金为加工对象,研究了该砂轮的磨削性能.结果显示连续干磨时,金刚石磨粒的失效形式主要是磨耗磨损和断裂两类,没有出现传统的电镀和烧结工具磨粒大量脱落的现象.这表明钎料合金对磨粒的高强度把持和砂轮的高耐用度.此外,工件的磨削表面获得了良好的粗糙度,理论预测的粗糙度数值和试验数值基本一致.