【摘要】：隨著全球范圍內(nèi)的能源枯竭和大氣污染問題的日益嚴(yán)重和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,新能源履帶車輛正在逐漸取代傳統(tǒng)能源履帶車輛。目前,新能源履帶車輛的動力系統(tǒng)多采用雙側(cè)獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu),即兩側(cè)履帶各具有一個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動電機(jī)。在履帶車輛多變的轉(zhuǎn)向工況中,車輛所受的地面負(fù)載具有較強(qiáng)的非線性和不確定性,使得兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行工況十分惡劣,最終導(dǎo)致車輛不能按照駕駛員意圖進(jìn)行轉(zhuǎn)向。鑒于轉(zhuǎn)向性能對履帶車輛的機(jī)動性能有著重要影響,本文對雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛的轉(zhuǎn)向控制策略進(jìn)行研究。在履帶車輛的理論轉(zhuǎn)向條件下和考慮履帶滑轉(zhuǎn)、滑移條件下分別對履帶車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,推導(dǎo)在履帶車輛轉(zhuǎn)向過程中兩側(cè)履帶的制動力、牽引力和轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)某小型雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶模型車輛的實(shí)車參數(shù),通過對比不同相對轉(zhuǎn)向半徑下的制動力、牽引力和轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系曲線結(jié)果可知,履帶的滑轉(zhuǎn)、滑移會使得履帶車輛在轉(zhuǎn)向過程中提供相對理論轉(zhuǎn)向較小的內(nèi)外側(cè)履帶的制動力、牽引力和轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩。根據(jù)雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛的結(jié)構(gòu)對整車控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用Simulink分別搭建雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛的整車控制系統(tǒng)和履帶車輛動力學(xué)仿真模型。利用Simulink仿真模型并基于PI控制算法設(shè)計(jì)的車速和橫擺角速度控制器,對履帶車輛的中半徑轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證基于PI控制算法設(shè)計(jì)的控制器對履帶車輛的轉(zhuǎn)向控制有一定的局限性�；诨Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制算法對車速和橫擺角速度控制器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。針對普通滑模面會使系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差和傳統(tǒng)積分滑模面會引起積分飽和現(xiàn)象的問題,采用一種非線性函數(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)積分滑模面。利用準(zhǔn)滑動模態(tài)等效控制律替代理想滑動模態(tài)控制律削弱系統(tǒng)的抖振,并通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證�；谥匦略O(shè)計(jì)的整車控制器并根據(jù)履帶車輛的三種典型轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行仿真。通過與基于PI控制算法的仿真結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證基于滑模變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整車控制器的有效性。設(shè)計(jì)并制作一臺小型的雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛作為實(shí)車實(shí)驗(yàn)平臺。利用NI公司的CompactRIO 9035機(jī)箱作為整車控制和數(shù)據(jù)采集的控制器,然后基于Simulink和VeriStand軟件設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)平臺的整車控制和數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)�；诼膸к囕v的兩種轉(zhuǎn)向工況,在水泥地面上進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)車實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比,驗(yàn)證本文中根據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法設(shè)計(jì)的車速和橫擺角速度控制器對雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛的轉(zhuǎn)向工況具有良好的控制性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.694
【圖文】：

圖 3-7 雙側(cè)電機(jī)仿真模型兩側(cè)的減速器都是由一個(gè)減速比為 15 的行星齒輪減速減速器串聯(lián)組成，可以起到降速增扭的作用。車輛動力學(xué)仿真模型章中已經(jīng)對履帶車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向過程的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)作于理論轉(zhuǎn)向和考慮履帶滑轉(zhuǎn)、滑移這兩種履帶車輛轉(zhuǎn)向面將利用 Simulink 并根據(jù)第二章中的兩種轉(zhuǎn)向理論和的基本參數(shù)搭建履帶車輛動力學(xué)仿真模型。表 3-1 某小型履帶模型車輛基本參數(shù)參數(shù)名稱 數(shù)值整車質(zhì)量(kg) 150整車轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2) 250長、寬、高(mm) 1300、1170、370履帶接地長(mm) 830履帶中心距(mm) 1040履帶寬(mm) 130

圖 3-8 基于理論轉(zhuǎn)向的履帶車輛動力學(xué)模型同樣，根據(jù)考慮履帶滑轉(zhuǎn)、滑移的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方程，也可以利用 Simulin搭建履帶車輛動力學(xué)仿真模型。將整車控制系統(tǒng)仿真模型和整車動力學(xué)仿真模型進(jìn)行封裝并連接，可以得到基于 Simulink 搭建的履帶車輛整車仿真模型，如圖 3-9 所示：圖 3-9 雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動履帶車輛整車仿真模型3.2.3 履帶的滑轉(zhuǎn)滑移對車輛轉(zhuǎn)向過程的影響

圖 3-8 基于理論轉(zhuǎn)向的履帶車輛動力學(xué)模型同樣，根據(jù)考慮履帶滑轉(zhuǎn)、滑移的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方程，也可以利用 Simulink搭建履帶車輛動力學(xué)仿真模型。將整車控制系統(tǒng)仿真模型和整車動力學(xué)仿真模型進(jìn)行封裝并連接，可以得到基于 Simulink 搭建的履帶車輛整車仿真模型，如圖 3-9 所示：

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