六轮无人战车滑移转向设计及控制算法研究

作     者：Iatskov Vladislav 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜继海

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：无人战车 滑移转向 扭矩分配 偏航率制 车辆横向稳定性 

摘      要：电池技术、电驱动器、控制器和其他相关辅件领域的研究不断进步,促进了电动汽车数量增加,电动汽车也成为了世界各国的重点研究内容。随着汽车的引入,汽车驱动器的电气化开始了。无论是汽车还是无人战车,采用中央驱动器控制其已升级到新的AWID(all wheel independent drive)。由于它们在障碍物甚至在极端地形上具有很高的机动性,因此它不仅具有商业价值,更具有军事价值。但是,由于缺少机械传动系统和动力学评估,因此有必要将AWID技术与防滑系统配合使用来完善驱动器之间的控制协调。传统的转向器结构复杂、重量大、能源效率低。轮毂电机的使用和发动机控制技术的发展为独立车轮驱动系统转向技术的开发提供了更多机遇。关于车轮扭矩分配,多模式打滑和打滑过程中的转向阻力的协调控制的研究目前并不完善,为了解决这个问题,本论文的所进行的主要内容如下。首先,分析了各种车辆的转向结构,其中包括传统转向结构,铰接式转向结构和履带式车辆的转向结构;介绍了国内外轮式无人地面平台;讨论了轮式无人地面平台的研究现状;综述了六轮无人战车滑移转向的研究现状;对滑动转向车辆进行了运动分析;对其的安装使用情况进行了比较;给出了转向打滑的基础理论,并介绍了开始行驶所需的最小牵引力;对电动机转矩以及转弯半径的速度进行了理论计算。采用MSC Adams程序进行的六轮无人战车动力学仿真,以评估作战车辆的性能;分析了车辆在越障、直线行驶、上坡行驶时的行驶状况;对车辆的控制进行了研究。将传统汽车与电动汽车的控制部分进行了比较分析,探讨了车辆驾驶控制中使用的主控制器。最后,给出了一种用于控制六轮战车的滑移运动的算法,并进行了Adams和MATLAB/Simulink软件的联合仿真;开发了六轮无人战车的转矩控制算法。鉴于这种类型的车辆的转向难以控制,本文提出了一种扭矩矢量控制策略,可有效,准确地对带有6 WID(六轮独立驱动)滑移转向系统的电动汽车进行实时扭矩控制分配。该策略分为三个主要级别:上层控制器、状态估计层和下层控制器。上层控制器代替了传统的车辆转向系统,并生成所需的驾驶指令;在上位控制器中设置了一个驱动分配模块,用于在基于车辆功率的驾驶模式和其他条件之间的协调;状态估计层从传感器接收数据并评估其他控制器所需的各种参数;下层控制器负责驱动器之间转矩矢量的最佳控制。