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电动轮驱动铰接转向车辆差动协同转向控制

发布时间:2017-10-10 19:35

  本文关键词:电动轮驱动铰接转向车辆差动协同转向控制


  更多相关文章: 电动轮 铰接转向 模糊PID控制 差动转矩 横摆力偶矩


【摘要】:随着环境问题和能源危机的加剧,电动轮驱动铰接转向车辆因为其具备电动轮独立驱动和铰接转向灵活的优势已经引起工业界广泛的关注。铰接转向车辆普遍应用液压转向系统,液压转向系统存在响应慢,能耗高的问题,针对此问题,本文开发了差动协同转向控制系统,通过转向时对前轴左右两侧电动轮施加不同的驱动转矩,外侧电动轮转矩增加,内侧电动轮转矩减小,形成一个绕前车体质心的横摆力矩,与液压转向系统协同作用,从而达到减少转向时间,降低转向液压系统能耗的目的。对前轴施加差动转矩时,需满足外侧电动轮转矩增加量与内侧电动轮转矩减小量相等,保证左右两侧电动轮的总驱动转矩不变,即左右两侧电动轮的总功率维持不变,只对驱动功率进行重新分配,因此差动驱动时,电动轮的额外能耗可以忽略。本文在总结国内外电动轮驱动技术、直接横摆力矩和铰接转向研究现状的基础上,提出了电动轮驱动铰接转向车辆差动协同转向控制。理论分析铰接转向车辆的动力学和铰接转向运动学,验证差动协同转向在理论上的可行性。利用ADAMS和AMESim软件分别建立了车辆模型和液压转向系统模型,搭建了电动轮驱动铰接转向模型试验车,以仿真结合模型车实验的方法,对差动协同转向控制的可行性进行了初步验证。仿真和试验结果表明,差动协同转向具有可行性,施加差动转矩能够减少转向时间,改善转向响应特性,降低液压转向系统能耗。然后制定了基于模糊自整定PID控制算法的差动协同转向控制策略,控制系统输入为前后车体期望铰接角与当前铰接角的差值,输出为前轴左右两侧电动轮差动转矩,再将该转矩输入到滑转率控制系统,防止转矩增加一侧电动轮过度滑转,输出各电动轮的需求转矩到电动轮模型,电动轮模型输出驱动转矩作用到车辆模型,使前轴外侧电动轮的驱动转矩增加,内侧电动轮的驱动转矩减小,形成一个横摆力矩,与液压转向系统协同作用,完成转向行为。最后,将建立的ADAMS车辆模型和AMESim液压转向系统模型导入Simulink中,搭建了包括车辆模型、液压转向系统模型、电动轮模型、差动协同转向控制系统模型和滑转率控制系统模型在内的整车仿真模型,整车仿真模型输入期望的铰接角和四个电动轮的初始驱动转矩。利用搭建的整车仿真模型,对差动协同转向控制策略进行原地转向和J形转向两种工况的仿真验证。仿真结果表明,差动协同转向控制系统能够减少转向时间,降低液压转向系统能量消耗。
【关键词】:电动轮 铰接转向 模糊PID控制 差动转矩 横摆力偶矩
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U469.72
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第1章 绪论11-25
  • 1.1 课题研究的背景11-13
  • 1.2 国内外研究现状13-19
  • 1.2.1 电动轮驱动技术介绍13-17
  • 1.2.2 国内外直接横摆力偶矩控制研究现状17-19
  • 1.3 铰接转向车辆差动协同转向概念的提出19-23
  • 1.3.1 铰接转向技术介绍20-21
  • 1.3.2 差动转向介绍21-22
  • 1.3.3 差动助力转向介绍22-23
  • 1.4 论文的选题意义与研究内容23-25
  • 1.4.1 论文的选题意义23-24
  • 1.4.2 论文的研究内容24-25
  • 第2章 车辆动力学理论推导及差动协同转向基本原理25-45
  • 2.1 车辆动力学方程推导25-33
  • 2.1.1 四自由度车体动力学方程推导25-28
  • 2.1.2 转向液压系统动力学方程推导28-31
  • 2.1.3 电动轮模型31-33
  • 2.2 铰接转向运动学分析33-36
  • 2.2.1 转向液压缸活塞杆位移与铰接角的关系34-35
  • 2.2.2 前后车体铰点到转向液压缸的力臂与铰接角的关系35-36
  • 2.3 铰接转向动力学分析36-39
  • 2.3.1 原地转向阻力矩分析36-37
  • 2.3.2 求解转向阻力矩37-39
  • 2.4 差动协同转向控制的基本原理39-43
  • 2.4.1 差动协同转向控制的工作原理39-41
  • 2.4.2 差动协同转向的节能机理41-43
  • 2.5 本章小结43-45
  • 第3章 车辆模型与液压转向系统模型建立45-61
  • 3.1 基于ADAMS的车辆模型45-52
  • 3.1.1 利用CATIA三维建模软件建立车辆的物理模型45-46
  • 3.1.2 CATIA三维模型导入ADAMS46-47
  • 3.1.3 UA轮胎模型47-52
  • 3.2 基于AMESim的液压转向系统模型52-56
  • 3.2.1 负荷敏感液压泵53-54
  • 3.2.2 转向器模型54
  • 3.2.3 液压转向系统初步仿真结果54-56
  • 3.3 联合仿真设置56-60
  • 3.3.1 ADAMS与AMESim联合仿真设置56-58
  • 3.3.2 ADAMS车辆模型导入Simulink58-59
  • 3.3.3 AMESim液压转向系统模型导入Simulink59-60
  • 3.4 本章小结60-61
  • 第4章 差动协同转向可行性验证61-79
  • 4.1 差动协同转向可行性的联合仿真验证61-68
  • 4.1.1 联合仿真平台搭建61-63
  • 4.1.2 原地转向仿真实验63-65
  • 4.1.3 J形转向仿真实验65-68
  • 4.2 电动轮驱动铰接转向模型车试验验证68-77
  • 4.2.1 搭建电动轮驱动铰接转向模型试验车69-71
  • 4.2.2 电动轮、转向推杆电机控制及信号采集71-72
  • 4.2.3 实验结果72-77
  • 4.3 本章小结77-79
  • 第5章 差动协同转向控制策略仿真验证79-97
  • 5.1 模糊自整定PID控制方法79-85
  • 5.1.1 模糊自整定PID控制原理79-81
  • 5.1.2 模糊自整定PID控制器的设计计算81-85
  • 5.2 差动协同转向控制系统及整车仿真模型85-91
  • 5.2.1 差动协同转向控制策略及仿真模型85-89
  • 5.2.2 整车控制流程和仿真模型89-91
  • 5.3 仿真结果分析91-96
  • 5.4 本章小结96-97
  • 第6章 全文总结与研究展望97-99
  • 6.1 全文总结97-98
  • 6.2 研究展望98-99
  • 参考文献99-107
  • 作者简介及研究成果107-109
  • 致谢109

【参考文献】

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本文编号:1008207

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