角速度控制汽車急轉(zhuǎn)工況下橫擺角速度控制技術(shù)

采用分層控制策略，提出基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制過程；研究基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向的間接橫擺力矩控制方法和基于差動(dòng)制動(dòng)的直接橫擺力矩控制方法，建立汽車橫擺角速度控制模型；分析協(xié)調(diào)控制器的監(jiān)測(cè)參數(shù)和控制參數(shù)，基于急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別、汽車信息處理和橫擺角速度分配控制，建立協(xié)調(diào)控制器模型。

角速度控制汽車橫擺角速度的協(xié)調(diào)控制過程

汽車在路面上低速行駛時(shí)，駕駛意圖實(shí)現(xiàn)較為容易，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制和差動(dòng)制動(dòng)控制均無需啟動(dòng)。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制將啟動(dòng)，用來保證駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖以及抵抗側(cè)向風(fēng)等干擾；當(dāng)轉(zhuǎn)向角較大，輪胎工作在非線性區(qū)域時(shí)，單靠轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向意圖，此時(shí)差動(dòng)制動(dòng)控制將觸發(fā)工作，利用差動(dòng)制動(dòng)實(shí)現(xiàn)直接橫擺力矩控制，以保證駕駛員的駕駛意圖，實(shí)現(xiàn)汽車行駛穩(wěn)定性控制。

控制功能的觸發(fā)都是通過監(jiān)測(cè)質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度來實(shí)現(xiàn)的，并未考慮與駕駛員主觀駕駛意圖相關(guān)的方向盤轉(zhuǎn)角等參數(shù)。急轉(zhuǎn)工況中，差動(dòng)制動(dòng)觸發(fā)在汽車危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)汽車質(zhì)心側(cè)偏角較大，駕駛員很容易因?yàn)闄M擺角速度階躍變化等干擾而操作不當(dāng)，引發(fā)危險(xiǎn)。

基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制過程。汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器首先要監(jiān)測(cè)汽車行駛狀態(tài)和駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，判斷汽車行駛工況和預(yù)期的轉(zhuǎn)向程度；其次根據(jù)汽車行駛狀態(tài)計(jì)算出期望橫擺角速度；根據(jù)期望橫擺角速度與實(shí)際橫擺角速度偏差作為輸入，計(jì)算出所需的橫擺角速度偏差；最后分別分配給主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制和差動(dòng)制動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)附加前輪轉(zhuǎn)角和獨(dú)立輪胎制動(dòng)力控制。

角速度控制汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型

汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器整體結(jié)構(gòu)中，主要包括駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別模塊、汽車信息處理模塊和橫擺角速度分配控制模塊，通過監(jiān)測(cè)汽車方向盤信號(hào)和車速信號(hào)，進(jìn)行處理得到所需的控制參數(shù)。在仿真分析時(shí)將其簡稱為AEBD。

汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器通過駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別，作為其工作的觸發(fā)條件，通過汽車信息處理模塊進(jìn)行橫擺角速度偏差的計(jì)算，并通過橫擺角速度控制進(jìn)行權(quán)重的分配。

（1）駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別模塊：控制器對(duì)駕駛員急轉(zhuǎn)意圖的識(shí)別主要依據(jù)駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別模型，通過對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速、車速和方向盤飽和轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模，將信息進(jìn)行處理后賦值權(quán)重P_startP進(jìn)行控制器觸發(fā)。

（2）汽車信息處理模塊：汽車信息處理模塊主要包括方向盤轉(zhuǎn)角和車速信號(hào)的采集，期望橫擺角速度和轉(zhuǎn)向飽和時(shí)方向盤轉(zhuǎn)角的計(jì)算以及質(zhì)心側(cè)偏角的估算。

（3）橫擺角速度分配控制模塊：汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器的核心主要是對(duì)期望橫擺角速度和實(shí)際橫擺角速度的差值進(jìn)行權(quán)重分配，通過計(jì)算，最終通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)分別提供附加前輪轉(zhuǎn)角和附加橫擺力矩。

基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型中，主要包括Carsim環(huán)節(jié)和Simulink 環(huán)節(jié)，并通過S函數(shù)將兩者進(jìn)行聯(lián)合。其中，Carsim的輸入?yún)?shù)為后輪的兩個(gè)制動(dòng)器控制參數(shù)和前輪疊加轉(zhuǎn)角，是控制器作用在汽車上的控制變量；Carsim的輸出參數(shù)為車速、方向盤轉(zhuǎn)角、實(shí)際橫擺角速度和實(shí)際質(zhì)心側(cè)偏角，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)環(huán)境中是通過傳感器測(cè)量獲得的。

基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型為汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型在Carsim整車環(huán)境中進(jìn)行聯(lián)合仿真驗(yàn)證，其中Drive_signal、Vehicle_model和YC_model模塊分別是駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識(shí)別模塊、汽車信息處理模塊和橫擺角速度分配控制模塊的仿真模型，并進(jìn)行了封裝處理。 2100433B

有色金屬連續(xù)鑄造對(duì)金屬液的流量穩(wěn)定性有較高的要求，針對(duì)小截面桿坯連續(xù)鑄造提出了熔爐傾倒角速度恒流量澆注的技術(shù)方案，建立了恒流量鑄造的數(shù)學(xué)模型。據(jù)此設(shè)計(jì)了相應(yīng)的PLC控制程序，提高了有色金屬連續(xù)鑄造小截面桿坯截面高度尺寸的一致性，簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

角速度控制澆注機(jī)結(jié)構(gòu)

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為成熟，根據(jù)新工藝對(duì)澆注機(jī)的要，利用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)了傾轉(zhuǎn)角速度控制定量連續(xù)澆注機(jī)。結(jié)合國內(nèi)其他傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)小截面恒流量要求，對(duì)液壓缸和爐體轉(zhuǎn)軸位置、控制系統(tǒng)進(jìn)行改良，將液壓缸活塞桿與爐體的鉸接支點(diǎn)設(shè)在爐體中心位置，減小了轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力；將傾轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸支點(diǎn)盡量靠近澆口位置，減少出料熔體落點(diǎn)的位置變化；縮減澆口寬度至18mm，以適應(yīng)小截面桿坯澆注，同時(shí)在澆口末端上方增加蓋板，減少了由于澆口變窄帶來的熔渣的流入，使?fàn)t體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)更容易控制，穩(wěn)定熔體的流動(dòng)性。

角速度控制傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)恒流量控制原理

傾轉(zhuǎn)式澆注恒流量控制原理，是通過控制熔爐的傾轉(zhuǎn)的角度θ和角速度ω，維持流出熔爐的熔體流量q基本恒定，及獲取爐內(nèi)余留質(zhì)量m，此原理基于全自動(dòng)控制的前提條件和理論基礎(chǔ)，需建立系統(tǒng)輸入和輸出之間的關(guān)系。

角速度控制恒流量澆注控制條件分析

根據(jù)金凱的研究，當(dāng)傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)爐體內(nèi)熔體體積發(fā)生變化時(shí)，如果澆注以一定角速度進(jìn)行澆注，則流出爐體的流量q為變量，無法達(dá)到恒流量的要求，如果要保持流出爐體的流量恒定，則澆注機(jī)的角速度需不斷調(diào)整。為了提供控制系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)，對(duì)θ和ω與q、m之間的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)整理，以達(dá)到流出爐體的流量保持恒定。設(shè)h為爐體內(nèi)襯高度，r為爐體內(nèi)襯半徑，ρ為金屬液密度。由于金屬液面與爐頂出水口之間有一段距離D，因而當(dāng)爐體傾轉(zhuǎn)角度在0～θ₁時(shí)沒有熔體流出；傾轉(zhuǎn)角度在θ₁～θ₂時(shí)為第2階段；傾轉(zhuǎn)角在θ₂～π/2時(shí)為第3階段。根據(jù)爐體尺寸很容易求出：θ₁=arctan（D/r）；θ₂=arctan（h/2r）。這3個(gè)階段爐內(nèi)剩余金屬熔體的質(zhì)量及流速。

實(shí)際澆注時(shí)，由于金屬熔體的成分差異和澆注過程中溫度不斷下降，熔體的粘度存在差異，從而對(duì)熔體的實(shí)際流速和澆注速度產(chǎn)生一定的影響；另一方面，由于爐體尺寸制造精度的關(guān)系，也會(huì)使得金屬熔體實(shí)際澆注。速度相對(duì)于理論值發(fā)生一定的偏離。因此需要對(duì)理論模型進(jìn)行修正，而且不同澆注階段的修正系數(shù)應(yīng)可調(diào)節(jié)。

角坐標(biāo)φ和角位移Δφ不是矢量。令Δt→0，則角位移Δφ以零為極限，稱為無限小角位移。無限小角位移忽略高階無窮小量后稱為微分角位移，記為dφ.可以證明，dφ是矢量.進(jìn)而，角速度ω=dφ/dt也是矢量。

角速度ω是偽矢量。 右手系改為左手系時(shí)，角速度反向.其本質(zhì)是二階張量（Ω），而一般矢量的本質(zhì)是一階張量，因此，矢量是角速度的簡便表達(dá)，張量是角速度的準(zhǔn)確表達(dá)。 2100433B

角速度是矢量。按右手螺旋定則，大拇指方向?yàn)棣胤较?當(dāng)質(zhì)點(diǎn)作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，ω向上；作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，ω向下。

設(shè)線速度為v，取圓心為原點(diǎn)，設(shè)位矢（位置矢量）為r，則

v=ω×r

該式可以作為角速度這個(gè)物理量的普遍定義式。

當(dāng)電機(jī)功率限定時(shí)，指電機(jī)接到電壓為額定值的106%的電源時(shí)，滿載荷轉(zhuǎn)頭所產(chǎn)生的角速度。

中文名稱

最大角速度

英文名稱

maximum angular velocity

定　　義

當(dāng)電機(jī)功率限定時(shí)，指電機(jī)接到電壓為額定值的106％的電源時(shí)，滿載荷轉(zhuǎn)頭所產(chǎn)生的角速度。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科），實(shí)驗(yàn)室儀器和裝置（二級(jí)學(xué)科），實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)-實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)一般名詞（三級(jí)學(xué)科）