4WID-4WIS電動(dòng)車(chē)輛防滑與橫擺穩(wěn)定性控制研究.pdf

1、全輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向(AWID/AWIS,All-wheels-independent-drive&steering vehicle)車(chē)輛是一種所有車(chē)輪均可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立轉(zhuǎn)向的先進(jìn)車(chē)輛。與傳統(tǒng)車(chē)輛相比較,它具備更多、更靈活的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)模式；每個(gè)車(chē)輪均可工作在最佳滑移率區(qū)間,能向車(chē)輛提供最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力；通過(guò)車(chē)輪轉(zhuǎn)向.驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)控制,可顯著改善車(chē)輛的動(dòng)力性、操縱性和安全性；AWID/AWIS車(chē)輛代表了未來(lái)高級(jí)車(chē)輛、軍用車(chē)輛、無(wú)人駕駛車(chē)輛和大型高速高

2、機(jī)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展方向。
　　 本論文結(jié)合在研的863項(xiàng)目,對(duì)AWID/AWIS車(chē)輛中最具有代表性的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng).獨(dú)立轉(zhuǎn)向(4WID/4WIS)電動(dòng)車(chē)輛的防滑控制系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)橫擺穩(wěn)定性控制以及與此密切相關(guān)的路面利用附著系數(shù)估計(jì)和路面識(shí)別問(wèn)題進(jìn)行了研究。論文的主要工作如下:
　　 1.論文首先建立了三個(gè)不同模型:四分之一車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型、線(xiàn)性2自由度轉(zhuǎn)向模型以及非線(xiàn)性的九自由度整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型,分別用于防滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、橫擺

3、穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的參考模型設(shè)計(jì)以及控制算法驗(yàn)證。
　　 2.把輪胎與地面之間的作用力作為系統(tǒng)的擴(kuò)張狀態(tài),設(shè)計(jì)了二階非線(xiàn)性擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器。利用擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器對(duì)輪胎與地面間的縱向力和輪速進(jìn)行觀(guān)測(cè)。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算出路面的當(dāng)前利用附著系數(shù),并根據(jù)已知的輪胎μ-s曲線(xiàn)信息,實(shí)時(shí)的對(duì)路面進(jìn)行識(shí)別。避免了直接通過(guò)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算而引入噪聲和使用傳感器測(cè)量路面特征帶來(lái)的成本提高。驅(qū)動(dòng)過(guò)程以及制動(dòng)過(guò)程的仿真結(jié)果表明,本論文的方法在各種典型的路況以及

4、突變的路況下均具有很強(qiáng)的魯棒性和準(zhǔn)確性。
　　 3.針對(duì)車(chē)輛防滑系統(tǒng)(包含驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)和制動(dòng)防抱死系統(tǒng))的不確定性以及非線(xiàn)性特點(diǎn),將自抗擾控制技術(shù)引入到車(chē)輛的防滑控制中。設(shè)計(jì)了跟蹤目標(biāo)滑移率的防滑控制系統(tǒng),達(dá)到了制動(dòng)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑的目的。采用了遺傳算法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。各種工況下仿真結(jié)果表明:基于自抗擾技術(shù)的防滑系統(tǒng)對(duì)于外部擾動(dòng)以及內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)均具有很強(qiáng)的魯棒性。
　　 在路面識(shí)別的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的設(shè)計(jì)了對(duì)路面具有

5、自適應(yīng)功能的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)路面識(shí)別的結(jié)果實(shí)時(shí)的自動(dòng)調(diào)整目標(biāo)滑移率,達(dá)到了制動(dòng)過(guò)程中充分利用地面附著力的目的。
　　 4.在高速轉(zhuǎn)向的過(guò)程中,輪胎的側(cè)偏角較大而進(jìn)入側(cè)偏特性的非線(xiàn)性區(qū)。利用線(xiàn)性2自由度模型設(shè)計(jì)的車(chē)輛橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)在輪胎的非線(xiàn)性區(qū)工作時(shí)將具有一定局限性。針對(duì)這一問(wèn)題,基于4WID/4WIS動(dòng)力學(xué)參數(shù)建立輪胎側(cè)偏力與側(cè)偏角之間非線(xiàn)性關(guān)系模型和4WID/4WIS車(chē)輛非線(xiàn)性2自由度模糊T-S模型,并進(jìn)行了模

6、型驗(yàn)證；采用模糊線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制設(shè)計(jì)了集成主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向、主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向、直接橫擺力矩控制的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明所建非線(xiàn)性模型的正確性和控制方法的魯棒性。
　　 5.在無(wú)法獲得4WID/4WIS車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的情況下,對(duì)側(cè)偏角與橫擺角速度之間的耦合性進(jìn)行了分析,提出“當(dāng)|β|比較小時(shí)以理想橫擺角速度跟蹤控制為主,當(dāng)|β|比較大時(shí)以抑制質(zhì)心側(cè)偏角過(guò)大為主”的控制策略,利用模糊控制技術(shù)設(shè)計(jì)集成主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向、主動(dòng)后