4WID-4WIS電動車輛防滑與橫擺穩(wěn)定性控制研究.pdf

1、全輪獨立驅動獨立轉向(AWID/AWIS,All-wheels-independent-drive&steering vehicle)車輛是一種所有車輪均可獨立驅動、獨立轉向的先進車輛。與傳統(tǒng)車輛相比較,它具備更多、更靈活的轉向驅動模式；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)驅動力；通過車輪轉向.驅動協(xié)調控制,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動.獨立轉向(4WID/4WIS)電動車輛的防滑控制系統(tǒng)、動力學橫擺穩(wěn)定性控制以及與此密切相關的路面利用附著系數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模型、線性2自由度轉向模型以及非線性的九自由度整車動力學模型,分別用于防滑系統(tǒng)設計、橫擺

3、穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的參考模型設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。在此基礎上,計算出路面的當前利用附著系數,并根據已知的輪胎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。驅動過程以及制動過程的仿真結果表明,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確性。
　　 3.針對車輛防滑系統(tǒng)(包含驅動防滑系統(tǒng)和制動防抱死系統(tǒng))的不確定性以及非線性特點,將自抗擾控制技術引入到車輛的防滑控制中。設計了跟蹤目標滑移率的防滑控制系統(tǒng),達到了制動防抱死和驅動防滑的目的。采用了遺傳算法對控制器參數進行整定。各種工況下仿真結果表明:基于自抗擾技術的防滑系統(tǒng)對于外部擾動以及內部參數攝動均具有很強的魯棒性。
　　 在路面識別的基礎上,進一步的設計了對路面具有

5、自適應功能的制動防抱死系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據路面識別的結果實時的自動調整目標滑移率,達到了制動過程中充分利用地面附著力的目的。
　　 4.在高速轉向的過程中,輪胎的側偏角較大而進入側偏特性的非線性區(qū)。利用線性2自由度模型設計的車輛橫擺穩(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動力學參數建立輪胎側偏力與側偏角之間非線性關系模型和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)控制設計了集成主動前輪轉向、主動后輪轉向、直接橫擺力矩控制的車輛動力學橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。仿真結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車輛動力學參數的情況下,對側偏角與橫擺角速度之間的耦合性進行了分析,提出“當|β|比較小時以理想橫擺角速度跟蹤控制為主,當|β|比較大時以抑制質心側偏角過大為主”的控制策略,利用模糊控制技術設計集成主動前輪轉向、主動后