【摘要】：鉸接式履帶車輛將兩個(gè)雙履帶單元鉸接在一起,通過(guò)偏轉(zhuǎn)履帶單元的角度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向,克服了雙履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的不足,具有很高的通過(guò)性和機(jī)動(dòng)性,能夠滿足沼澤、沙漠、雪地及崎嶇路面的行駛需要。傳統(tǒng)的鉸接式履帶車輛多以柴油機(jī)為動(dòng)力,需控制車輛的排放以避免環(huán)境污染,此外,鉸接式履帶車輛的行駛路況復(fù)雜,工作環(huán)境惡劣,對(duì)操作人員的人身安全具有一定威脅,對(duì)鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制系統(tǒng)的研究則可以提高車輛在復(fù)雜環(huán)境中智能化行駛的能力。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多履帶行走裝置機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)及自適應(yīng)控制”(No.51775225),對(duì)電動(dòng)鉸接式履帶車輛的機(jī)電耦合性能與基于視覺(jué)導(dǎo)航的路徑跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究,建立了機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型,得到了電氣部分與機(jī)械部分在典型行駛工況下的參數(shù)變化規(guī)律,并提出了基于模糊PID算法的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤系統(tǒng)的控制方法。首先對(duì)國(guó)內(nèi)外在鉸接式履帶車輛動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)電耦合研究與路徑跟蹤控制等領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。根據(jù)鉸接式履帶車輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性,建立了非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程,并結(jié)合感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性,建立直行與轉(zhuǎn)向兩種典型工況下鉸接式履帶車輛的機(jī)電耦合動(dòng)態(tài)模型,通過(guò)數(shù)值分析得到了典型工況下電氣參數(shù)和機(jī)械參數(shù)的變化規(guī)律。為了驗(yàn)證鉸接式履帶車輛機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性,利用虛擬樣機(jī)技術(shù),在多體動(dòng)力學(xué)軟件RecurDyn中建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機(jī)模型,并結(jié)合在Matlab/Simulink中建立的感應(yīng)電機(jī)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真分析;設(shè)計(jì)制造了鉸接式履帶車輛的物理樣機(jī)模型,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算及虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果的正確。以轉(zhuǎn)向不準(zhǔn)確度和滑移率為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)虛擬樣機(jī)仿真分析,得到了兩側(cè)履帶速度差與鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度的匹配與車輛轉(zhuǎn)向準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性關(guān)系。對(duì)鉸接式履帶車輛的路徑跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),提出了以實(shí)際路徑與規(guī)劃路徑之間的偏差作為目標(biāo),通過(guò)改變兩側(cè)履帶的行駛速度和鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度來(lái)控制車輛行駛的控制系統(tǒng)總體方案。根據(jù)模糊PID的控制原理,設(shè)計(jì)了鉸接式履帶車輛路徑跟蹤系統(tǒng)的模糊PID控制器,根據(jù)相應(yīng)的控制需求編輯合理的模糊規(guī)則,以車輛實(shí)際行駛路徑和預(yù)設(shè)路徑之間的距離偏差和航向角偏差作為控制器輸入變量,通過(guò)控制車輛兩側(cè)履帶行駛速度和鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度來(lái)調(diào)節(jié)車輛的位置和姿態(tài)。為了驗(yàn)證模糊PID控制器的控制性能,對(duì)鉸接式履帶車輛在直線和曲線路徑下的路徑跟蹤行駛進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明在模糊PID控制器的調(diào)控下,鉸接式履帶車輛能夠較為快速準(zhǔn)確地對(duì)預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行跟蹤行駛,驗(yàn)證了控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)合理,且具有較高的控制精度。設(shè)計(jì)了基于視覺(jué)導(dǎo)航方法的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制試驗(yàn)平臺(tái)。在路徑跟蹤控制系統(tǒng)中,將經(jīng)過(guò)圖像處理后的預(yù)設(shè)路徑擬合為可引導(dǎo)鉸接式履帶車輛行駛的導(dǎo)航曲線,通過(guò)在圖像像素矩陣中建立的坐標(biāo)系對(duì)車輛行駛過(guò)程中的距離偏差和航向角偏差進(jìn)行測(cè)量。分別對(duì)預(yù)設(shè)的直線路徑與曲線路徑進(jìn)行路徑跟蹤行駛,得到了行駛過(guò)程中的距離偏差和航向角偏差,以及兩側(cè)履帶行駛速度和鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度的變化,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。綜上所述,本文建立了鉸接式履帶車輛的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型,并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。開(kāi)發(fā)了基于視覺(jué)導(dǎo)航的鉸接式履帶車輛的路徑跟蹤控制系統(tǒng)。論文的研究工作為電動(dòng)鉸接式履帶車輛的開(kāi)發(fā)及提高車輛的智能化水平提供了參考。
【圖文】：

還需要設(shè)定路面類型，以及相應(yīng)的土壤正應(yīng)力、內(nèi)摩擦模數(shù)、變形深度以及變形指數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。在Track/LM低速履帶模塊中建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機(jī)模型，如圖3.4所示。所設(shè)計(jì)的鉸接式履帶車輛的最高行駛速度為 0.4m/s，前后兩個(gè)雙履帶車輛之間由兩個(gè)鉸接架連接，并由一個(gè)電動(dòng)推桿推動(dòng)前后履帶繞鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度范圍為±20o。圖 3.4 虛擬樣機(jī)模型由于鉸接點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)是依靠電動(dòng)推桿推動(dòng)的，因此需要確定電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)量與鉸接點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度之間的幾何關(guān)系，如圖 3.5 所示，圖中 TDF、TDR點(diǎn)分別為電動(dòng)推桿與前后

主要用來(lái)采集感應(yīng)電機(jī)的電流、頻率以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。鉸接式履帶車輛的物理樣機(jī)模型如圖3.6 所示。圖 3.6 物理樣機(jī)模型（1）履帶行走裝置本鉸接式履帶車輛的物理樣機(jī)模型由兩組縱向排列的雙履帶組構(gòu)成，如圖 3.7 所示，，二者的參數(shù)相同，并且與虛擬樣機(jī)模型的參數(shù)一致，具體參數(shù)如表 2.1 所示。各條履帶均采用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高行駛速度為 0.4m/s�；诖藘山M完全相同的雙履帶組，構(gòu)造鉸接式履帶車輛物理樣機(jī)模型。圖 3.7 履帶行走裝置（2）鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)依靠電動(dòng)推桿推動(dòng)前后車?yán)@鉸接點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)調(diào)節(jié)車輛的轉(zhuǎn)向角度和行駛方向。添加連桿機(jī)構(gòu)，用來(lái)防止電動(dòng)推桿伸出量過(guò)大而造成前后履帶組干涉，如圖 3.8 所示。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.694

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711832