4WID-4WIS電動車輛防滑與橫擺穩(wěn)定性控制研究.pdf

1、全輪獨立驅(qū)動獨立轉(zhuǎn)向(AWID/AWIS,All-wheels-independent-drive&steering vehicle)車輛是一種所有車輪均可獨立驅(qū)動、獨立轉(zhuǎn)向的先進車輛。與傳統(tǒng)車輛相比較,它具備更多、更靈活的轉(zhuǎn)向驅(qū)動模式；每個車輪均可工作在最佳滑移率區(qū)間,能向車輛提供最優(yōu)驅(qū)動力；通過車輪轉(zhuǎn)向.驅(qū)動協(xié)調(diào)控制,可顯著改善車輛的動力性、操縱性和安全性；AWID/AWIS車輛代表了未來高級車輛、軍用車輛、無人駕駛車輛和大型高速高

2、機動輪式移動機器人的發(fā)展方向。
　　 本論文結(jié)合在研的863項目,對AWID/AWIS車輛中最具有代表性的四輪獨立驅(qū)動.獨立轉(zhuǎn)向(4WID/4WIS)電動車輛的防滑控制系統(tǒng)、動力學(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)估計和路面識別問題進行了研究。論文的主要工作如下:
　　 1.論文首先建立了三個不同模型:四分之一車輛動力學(xué)模型、線性2自由度轉(zhuǎn)向模型以及非線性的九自由度整車動力學(xué)模型,分別用于防滑系統(tǒng)設(shè)計、橫擺

3、穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的參考模型設(shè)計以及控制算法驗證。
　　 2.把輪胎與地面之間的作用力作為系統(tǒng)的擴張狀態(tài),設(shè)計了二階非線性擴張狀態(tài)觀測器。利用擴張狀態(tài)觀測器對輪胎與地面間的縱向力和輪速進行觀測。在此基礎(chǔ)上,計算出路面的當(dāng)前利用附著系數(shù),并根據(jù)已知的輪胎μ-s曲線信息,實時的對路面進行識別。避免了直接通過動力學(xué)方程計算而引入噪聲和使用傳感器測量路面特征帶來的成本提高。驅(qū)動過程以及制動過程的仿真結(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的魯棒性和準(zhǔn)確性。
　　 3.針對車輛防滑系統(tǒng)(包含驅(qū)動防滑系統(tǒng)和制動防抱死系統(tǒng))的不確定性以及非線性特點,將自抗擾控制技術(shù)引入到車輛的防滑控制中。設(shè)計了跟蹤目標(biāo)滑移率的防滑控制系統(tǒng),達到了制動防抱死和驅(qū)動防滑的目的。采用了遺傳算法對控制器參數(shù)進行整定。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)對于外部擾動以及內(nèi)部參數(shù)攝動均具有很強的魯棒性。
　　 在路面識別的基礎(chǔ)上,進一步的設(shè)計了對路面具有

5、自適應(yīng)功能的制動防抱死系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)路面識別的結(jié)果實時的自動調(diào)整目標(biāo)滑移率,達到了制動過程中充分利用地面附著力的目的。
　　 4.在高速轉(zhuǎn)向的過程中,輪胎的側(cè)偏角較大而進入側(cè)偏特性的非線性區(qū)。利用線性2自由度模型設(shè)計的車輛橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)在輪胎的非線性區(qū)工作時將具有一定局限性。針對這一問題,基于4WID/4WIS動力學(xué)參數(shù)建立輪胎側(cè)偏力與側(cè)偏角之間非線性關(guān)系模型和4WID/4WIS車輛非線性2自由度模糊T-S模型,并進行了模

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