双侧独立电驱动履带车辆转向控制策略研究

发布时间：2020-07-27 20:02

【摘要】：随着全球范围内的能源枯竭和大气污染问题的日益严重和现代科学技术的快速发展,新能源履带车辆正在逐渐取代传统能源履带车辆。目前,新能源履带车辆的动力系统多采用双侧独立电机驱动结构,即两侧履带各具有一个相互独立的驱动电机。在履带车辆多变的转向工况中,车辆所受的地面负载具有较强的非线性和不确定性,使得两侧驱动电机的运行工况十分恶劣,最终导致车辆不能按照驾驶员意图进行转向。鉴于转向性能对履带车辆的机动性能有着重要影响,本文对双侧独立电驱动履带车辆的转向控制策略进行研究。在履带车辆的理论转向条件下和考虑履带滑转、滑移条件下分别对履带车辆的稳态转向过程进行数学建模,推导在履带车辆转向过程中两侧履带的制动力、牵引力和转向阻力矩的数学表达式。根据某小型双侧独立电驱动履带模型车辆的实车参数,通过对比不同相对转向半径下的制动力、牵引力和转向阻力矩的关系曲线结果可知,履带的滑转、滑移会使得履带车辆在转向过程中提供相对理论转向较小的内外侧履带的制动力、牵引力和转向驱动力矩。根据双侧独立电驱动履带车辆的结构对整车控制系统进行设计。利用Simulink分别搭建双侧独立电驱动履带车辆的整车控制系统和履带车辆动力学仿真模型。利用Simulink仿真模型并基于PI控制算法设计的车速和横摆角速度控制器,对履带车辆的中半径转向工况进行仿真分析,验证基于PI控制算法设计的控制器对履带车辆的转向控制有一定的局限性。基于滑模变结构控制算法对车速和横摆角速度控制器进行重新设计。针对普通滑模面会使系统产生稳态误差和传统积分滑模面会引起积分饱和现象的问题,采用一种非线性函数改进传统积分滑模面。利用准滑动模态等效控制律替代理想滑动模态控制律削弱系统的抖振,并通过仿真进行验证。基于重新设计的整车控制器并根据履带车辆的三种典型转向工况进行仿真。通过与基于PI控制算法的仿真结果进行对比,验证基于滑模变结构设计的整车控制器的有效性。设计并制作一台小型的双侧独立电驱动履带车辆作为实车实验平台。利用NI公司的CompactRIO 9035机箱作为整车控制和数据采集的控制器,然后基于Simulink和VeriStand软件设计此实验平台的整车控制和数据采集软件系统。基于履带车辆的两种转向工况,在水泥地面上进行实车实验。通过实车实验结果的对比,验证本文中根据滑模变结构控制算法设计的车速和横摆角速度控制器对双侧独立电驱动履带车辆的转向工况具有良好的控制性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.694
【图文】：

图 3-7 双侧电机仿真模型两侧的减速器都是由一个减速比为 15 的行星齿轮减速减速器串联组成，可以起到降速增扭的作用。车辆动力学仿真模型章中已经对履带车辆稳态转向过程的运动学和动力学作于理论转向和考虑履带滑转、滑移这两种履带车辆转向面将利用 Simulink 并根据第二章中的两种转向理论和的基本参数搭建履带车辆动力学仿真模型。表 3-1 某小型履带模型车辆基本参数参数名称 数值整车质量(kg) 150整车转动惯量(kg·m2) 250长、宽、高(mm) 1300、1170、370履带接地长(mm) 830履带中心距(mm) 1040履带宽(mm) 130

图 3-8 基于理论转向的履带车辆动力学模型同样，根据考虑履带滑转、滑移的运动学和动力学方程，也可以利用 Simulin搭建履带车辆动力学仿真模型。将整车控制系统仿真模型和整车动力学仿真模型进行封装并连接，可以得到基于 Simulink 搭建的履带车辆整车仿真模型，如图 3-9 所示：图 3-9 双侧独立电驱动履带车辆整车仿真模型3.2.3 履带的滑转滑移对车辆转向过程的影响

图 3-8 基于理论转向的履带车辆动力学模型同样，根据考虑履带滑转、滑移的运动学和动力学方程，也可以利用 Simulink搭建履带车辆动力学仿真模型。将整车控制系统仿真模型和整车动力学仿真模型进行封装并连接，可以得到基于 Simulink 搭建的履带车辆整车仿真模型，如图 3-9 所示：

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本文编号：2772309