【摘要】：雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接轉(zhuǎn)向車輛是一種極具潛力的前后分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛,具有路面適應(yīng)性好、機(jī)動(dòng)靈活和零排放無污染的優(yōu)點(diǎn),特別能適應(yīng)煤礦井下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。雙電機(jī)前后分布式結(jié)構(gòu)以及鉸接轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)適用于煤礦無軌輔助運(yùn)輸重型車輛。由于鉸接轉(zhuǎn)向裝置的引入,使得整車動(dòng)力學(xué)特性與一般整體結(jié)構(gòu)式車輛有較大差別。為滿足車輛安全、高效的行駛要求,針對(duì)煤礦井下環(huán)境和使用工況的車輛控制問題研究日益顯現(xiàn)出重要性和必要性。本文以礦用雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接轉(zhuǎn)向車輛為研究對(duì)象,針對(duì)整車動(dòng)力學(xué)建模及前、后橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配控制問題,開展了深入研究工作�？紤]礦用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉸接轉(zhuǎn)向車輛的整車動(dòng)力學(xué)建模問題。首先將整車車身簡(jiǎn)化為由鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定聯(lián)接的兩個(gè)剛體,通過選取適當(dāng)坐標(biāo)系,基于牛頓矢量方法,推導(dǎo)了車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程。進(jìn)一步,推導(dǎo)出輪胎滑轉(zhuǎn)率、側(cè)偏角和垂直載荷等物理量的表達(dá)式,考慮輪胎的非線性特性,將基于GIM理論的車輛輪胎模型關(guān)聯(lián)至車體模型。最后,建立了整車七自由度動(dòng)力學(xué)模型,結(jié)合數(shù)值仿真,分析并驗(yàn)證了建模的正確性。針對(duì)煤礦用輔助運(yùn)輸車輛的質(zhì)量、質(zhì)心位置及路面坡度等參數(shù)變化的特性開展參數(shù)估計(jì)。利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速可準(zhǔn)確而方便獲取的特點(diǎn),結(jié)合雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛的設(shè)計(jì)和運(yùn)行環(huán)境,提出了一種利用簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型解耦整車質(zhì)量參數(shù)辨識(shí)和路面坡度估計(jì)問題的方法。建立了針對(duì)質(zhì)量及坡度參數(shù)估計(jì)的整車動(dòng)力學(xué)模型�；谶f推最小二乘方法辨識(shí)質(zhì)量參數(shù);以離線擬合的方式,確定了前車體質(zhì)心位置、前車體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與整車質(zhì)量之間的關(guān)系,從而在辨識(shí)出質(zhì)量參數(shù)后,間接獲得了車體質(zhì)心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)。利用帶遺忘因子的遞推最小二乘方法估計(jì)行駛路面坡度。最后仿真結(jié)果驗(yàn)證了質(zhì)量辨識(shí)及坡度估計(jì)算法的正確性和有效性。對(duì)雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛的牽引力控制進(jìn)行了深入研究�；谲囕v結(jié)構(gòu)和使用工況分析了車輛牽引力控制的設(shè)計(jì)需求�；诨？刂品椒�,給出了直行工況下車輛的驅(qū)動(dòng)防滑控制律。考慮更一般的轉(zhuǎn)彎工況,分別針對(duì)四個(gè)車輪討論了驅(qū)動(dòng)防滑控制律的設(shè)計(jì)問題,并給出了前、后橋電機(jī)的驅(qū)動(dòng)防滑控制的輸出形式。進(jìn)一步以驅(qū)動(dòng)防滑控制算法為核心,針對(duì)雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛提出了一種驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩三級(jí)動(dòng)態(tài)分配的牽引力綜合優(yōu)化控制策略,首先將車輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩基于前、后輪動(dòng)態(tài)載荷按比例進(jìn)行一次分配;接著根據(jù)車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制律的計(jì)算結(jié)果,結(jié)合轉(zhuǎn)矩一次分配值對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行二次分配;進(jìn)一步對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整,實(shí)施三次分配。對(duì)車輛牽引力控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證,結(jié)果顯示采用驅(qū)動(dòng)防滑控制律后,在保證車輪附著力的情況下有效地防止了打滑發(fā)生,采用牽引力綜合優(yōu)化控制策略后,前、后橋電機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)優(yōu)化匹配,車輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩得到了更高效的利用,所設(shè)計(jì)的控制律有效改善了車輛的驅(qū)動(dòng)性能。搭建了ADAMS—Matlab/Simulink聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在ADAMS軟件環(huán)境下構(gòu)造了鉸接車輛的虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)模型,在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下建立了車輛牽引力控制器模型,通過模塊輸入輸出接口形成反饋閉環(huán)回路。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合仿真,結(jié)果顯示了與數(shù)值分析結(jié)果的一致性,驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)建模及牽引力控制策略設(shè)計(jì)的正確性和有效性。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)防滑控制的跑車實(shí)驗(yàn)。開發(fā)了轉(zhuǎn)矩分配控制器,用于實(shí)現(xiàn)控制算法。設(shè)計(jì)了車輛總線測(cè)試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,以及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄存儲(chǔ)。針對(duì)施加和未施加驅(qū)動(dòng)防滑控制兩種情況,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了車輛的驅(qū)動(dòng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用驅(qū)動(dòng)防滑控制后,車輛驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率被較好地控制在目標(biāo)值附近,車輛獲得了更好的加速特性。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD634

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1 雷煌;礦用蓄電池雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉸接車輛動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同控制研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);2017年

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本文編號(hào)：2436256