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《哈尔滨工业大学》 2013年
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6×6无人车辆全轮转向控制策略研究

谭慧  
【摘要】:随着我国经济实力的不断增强,国防建设和太空探测不断进步,多轴无人车辆以其适用于复杂危险环境的特点在这些领域得到了广泛的应用。这些领域的特殊工作环境对多轴无人车辆的性能提出了更高的要求,研究高适应性和高动态稳定性的多轴无人车辆具有重要的现实意义。转向系统在整车的动态稳定性中起着至关重要的作用,因此提高车辆转向性能的多轮转向系统是多轴无人车辆研究的重要方向。目前,国内外关于多轮转向技术的研究文献还很少,其中研究全轮转向控制策略的文献更少,而且这些研究都基于忽略了很多因素的简化模型。因此以6×6无人车辆为研究对象对其数学建模及全轮转向控制策略做了进一步研究。 数学模型的精确性对多轴车辆的全轮转向控制策略有很大的影响。6×6无人车辆特殊的工作环境决定了悬架对转向的影响不能忽略,轮胎侧偏特性也已经呈现非线性,经典的线性二自由度模型不能对它的实际动力学特性进行准确的描述。引入了基于位移法的轮胎垂直载荷求解方法解决了6×6无人车辆轮胎垂直载荷难以求解的问题,考虑车身侧倾自由度,选用魔术公式轮胎非线性模型,建立了六轮全轮转向车辆非线性三自由度模型,并进行仿真分析。 最优控制能够平衡各项评价指标,当评价指标比较多时,它的优势就会更好地被利用。通过分析车辆的稳定性建立了6×6无人车辆的理想参考模型,设计了一种全轮转向零质心侧偏角比例前馈加最优反馈控制策略对后两轴转角进行控制来实现全轮转向。为了体现该策略的优越性,将前轮转向、零质心侧偏角比例控制全轮转向与该控制策略进行仿真对比,结果表明该控制策略能够协调各项指标使其达到综合最优效果,提高了整车的动态稳定性。 模糊控制在处理非线性问题上有其独到的优势,鉴于研究对象的数学模型是非线性的,分别设计了以零质心侧偏角为控制目标的全轮转向比例前馈加质心侧偏角模糊反馈控制策略和以横摆角速度追踪理想横摆角速度为控制目标的全轮转向比例前馈加横摆角速度模糊反馈控制策略。仿真结果表明这两种控制策略只能够控制单一变量,针对这一不足进行改进,设计了全轮转向比例前馈加质心侧偏角和横摆角速度联合模糊反馈控制策略,仿真结果表明改进后的控制策略能够控制多个变量,使它们都能达到理想值,提高了整车的动态稳定性。 为了体现全轮转向最优控制策略和模糊控制策略的优越性,将6×6无人车辆前轮转向、比例控制的全轮转向以及比例前馈加最优反馈控制的全轮转向和比例前馈加联合模糊反馈控制的全轮转向一同写入MATLAB/Simulink中进行仿真分析,结果表明设计的全轮转向控制策略提高了整车的动态响应特性。
【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】:2013
【分类号】:U463.4

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