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分布式驱动铰接车转向姿态控制策略研究

分布式驱动铰接车转向姿态控制策略研究

作者：张超吉林大学

学位级别：硕士

铰接车的车体通过相互间的铰接点连接,车体可以绕着铰接点发生转动,因此具有转向半径小且转向灵活的特点,在工业发展中有着不可替代的作用。铰接车本身的结构特点决定了其转向特点,铰接车在转向时,会出现前车体转向且后车体往前车体转... 详细信息

铰接车的车体通过相互间的铰接点连接,车体可以绕着铰接点发生转动,因此具有转向半径小且转向灵活的特点,在工业发展中有着不可替代的作用。铰接车本身的结构特点决定了其转向特点,铰接车在转向时,会出现前车体转向且后车体往前车体转动方向相反的方向转动,并带来后车体发生横向位移的现象,此现象降低了铰接车在复杂地形下的通过性。为了提高铰接车在复杂地形下的通过性,本文提出了一种分布式驱动铰接车转向姿态控制策略研究,即建立铰接车系统模型,在铰接车进行转向时,通过传感器收集车辆的信息,反馈给控制策略模型中的动力学模型计算出满足转向要求的驱动力,将驱动力传输到车轮上,产生对应的铰接车转向姿态,减小铰接车后车体产生的横向位移。通过MATLAB软件和Adams软件建立了仿真模型,联合仿真验证了分布式驱动铰接车转向姿态控制策略带来的有效性,仿真结果表明分布式驱动铰接车转向姿态控制策略研究可极大地减小铰接车在转向时后车体产生的横向位移,可以提高铰接车在狭小地形下的通过性。本文依托国家自然科学基金项目“非结构地形下分布式电驱动铰接特种车辆驱动力分配及协调控制”(项目编号:51875239)开展了相关技术研究,主要内容和结果如下:(1)建立铰接车系统模型。分析了铰接车的结构,基于铰接车结构对其转向特点进行了分析,建立铰接车的结构模型并选取轮胎模型。对铰接车的运动学关系和力学关系进行了分析,建立动力学模型。(2)建立分布式铰接车转向姿态控制策略模型。基于直接横摆力矩的概念,提出一种分布式驱动铰接车转向姿态控制策略:铰接车在转向时,其所安装的传感器将铰接车的实时车辆信息反馈至铰接车动力学模型,计算出相应的驱动力,将驱动力输出至对应的独立驱动车轮,达到改变铰接车转向姿态,减小转向时后车体横向位移的目标。(3)建立分布式驱动铰接车仿真模型。根据分析得到的铰接车结构模型去建立相应的Adams铰接车模型,为了证明Adams车辆模型符合物理学规律,对建立的Adams车辆模型的正确性进行验证,以保证仿真的正确性。基于建立的铰接车动力学模型,建立MATLAB/Simulink铰接车系统模型,为了验证搭建的MATLAB/Simulink铰接车系统模型中的动力学模型搭建无误,对其进行了验证,以保证仿真的正确性。(4)对分布式驱动铰接车转向姿态控制策略进行验证。将一般铰接车和带分布式驱动铰接车转向姿态控制策略的铰接车在相同工况下进行仿真,采用MATLAB/Simulink铰接车系统模型与Adams车辆模型联合仿真。分析MATLAB/Simulink输出的理论驱动力与Adams车辆模型输出实际驱动力,对比得出两者一致的理论,证明Adams车辆模型接收到的各个车轮的驱动力为MATLAB/Simulink控制策略动力学模型发出的驱动力。分析联合仿真中Adams车辆模型转向时的后车体横向位移,对一般铰接车转向时后车体产生的横向位移和带有分布式驱动铰接车转向姿态控制策略的铰接车转向时后车体产生的横向位移进行对比,得出分布式驱动铰接车转向姿态控制策略带来的有效性。

关键词：分布式驱动铰接车横向位移通过性转向姿态控制

铰接车与非铰接车车-桥耦合系统振动特性的对比分析

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制造业自动化 2019年第8期41卷 95-97,114页

作者：丁杰丁旺才严波卫晓娟兰州交通大学机电工程学院兰州730070 中车株洲电力机车有限公司株洲412001

运用多体动力学软件UM软件直接建立和三维模型导入UM软件相结合的方式,分别建立了三节铰接车、非铰接车与简支箱梁桥的车-桥耦合系统动力学模型,对铰接车与非铰接车的车-桥耦合振动特性及铰接车有无纵向减振器时的车-桥耦合振动特性进... 详细信息

运用多体动力学软件UM软件直接建立和三维模型导入UM软件相结合的方式,分别建立了三节铰接车、非铰接车与简支箱梁桥的车-桥耦合系统动力学模型,对铰接车与非铰接车的车-桥耦合振动特性及铰接车有无纵向减振器时的车-桥耦合振动特性进行对比分析。结果表明,端部车的垂向振动强于中间车的垂向振动;铰接车中间车的舒适性一般好于非铰接车中间车;纵向减振器能有效抑制铰接车中间车车体的振动,对端部车体的振动抑制作用不太明显;车体间耦合作用的强弱对桥梁的垂向振动影响较小。

关键词：铰接车非铰接车车-桥耦合 UM 振动特性

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六轮电驱动铰接车行驶状态功率流试验

农业机械学报 2012年第6期43卷 8-14页

作者：钟恒陈树新北京科技大学机械工程学院北京100083

定性分析了六轮独立电驱动、并联运行铰接车不同行驶状态下无跟随控制的整车功率流状态。建立了系统功率流模型和轮边电动机功率矩阵,采用功率键合图法和归一化功率矩阵描述了系统功率流。试验以转矩为调节目标,采用调压的方式模拟永磁... 详细信息

定性分析了六轮独立电驱动、并联运行铰接车不同行驶状态下无跟随控制的整车功率流状态。建立了系统功率流模型和轮边电动机功率矩阵,采用功率键合图法和归一化功率矩阵描述了系统功率流。试验以转矩为调节目标,采用调压的方式模拟永磁同步电动机并联运行的功率流状态。试验分析表明直线行驶和电制动时两侧轮电机牵引和制动功率分配均衡;转角较大时外侧轮电动机再生发电并产生制动转矩,内侧轮电机负荷加重,滑转率增大,轮速比系数kn随着转向角的增大而增大,功率比系数kP随之减小,载荷大小对kn的影响不大,转矩比系数kT为后桥大于前桥且重载大于轻载;打滑轮电动机转速增大而转矩减小,行驶稳定性变差。

关键词：铰接车电驱动功率流六轮独立驱动功率键合图

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农用轮式铰接车辆滑模轨迹跟踪控制算法

农业工程学报 2015年第10期31卷 198-203页

作者：赵翾杨珏张文明曾珺北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083

针对农用轮式铰接车辆驾驶员工作条件恶劣的问题,该文提出了一种应用于无人驾驶系统的滑模变结构控制铰接车精确轨迹跟踪的方法。首先推导出了铰接车的运动学模型,根据该模型建立实际行驶轨迹与参考轨迹偏差的模型,之后针对偏差模型设... 详细信息

针对农用轮式铰接车辆驾驶员工作条件恶劣的问题,该文提出了一种应用于无人驾驶系统的滑模变结构控制铰接车精确轨迹跟踪的方法。首先推导出了铰接车的运动学模型,根据该模型建立实际行驶轨迹与参考轨迹偏差的模型,之后针对偏差模型设计滑模变结构路径跟踪控制器,该控制器使用Ackermann公式设计,控制律采用指数趋近律使系统有较快的响应和较小的抖振,同时,为了进一步抑制滑模控制器固有的抖振问题,将趋近律中的符号函数替换为连续函数,以避免趋近律数值产生阶跃变化,并用Lyapunov函数证明了其稳定性,最后在硬件在环仿真中验证了控制器的实时性和路径跟踪质量。结果表明,该控制器在硬件在环仿真环境下可将横向位置偏差、航向角偏差、曲率偏差分别控制在0.21 rad(12°)、100 mm、0.17rad(1°)、0.005 m-1附近,各向偏差均在10 s内达到平衡,且误差控制在5%以内,铰接车能有效跟踪参考路径。该研究为农用轮式铰接车辆实现无人驾驶提供参考。

关键词：车辆控制模型铰接车轨迹跟踪硬件在环仿真

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基于特征值判定法铰接车行驶稳定性建模分析

机械设计与制造 2019年第8期 211-215页

作者：王巍陈建设黄河交通学院汽车工程学院河南焦作454950 郑州宇通客车股份有限公司河南郑州450016

铰接式车辆由于前后车体为非刚性连接,铰接形式导致了附加的自由度,因此横向“刚度”较弱,直线行驶过程中,车速增高易造成横向摆振,行驶稳定性变差,出现“蛇行”失稳现象。基于铰接式车辆的简化模型,建立三自由度动力学数学模型。根据... 详细信息

铰接式车辆由于前后车体为非刚性连接,铰接形式导致了附加的自由度,因此横向“刚度”较弱,直线行驶过程中,车速增高易造成横向摆振,行驶稳定性变差,出现“蛇行”失稳现象。基于铰接式车辆的简化模型,建立三自由度动力学数学模型。根据李亚普诺夫稳定性判定方法,由特征值判定铰接车稳定性特征。分析不同质心位置、转向参数、轴距、质量等参数对特征值和铰接角的影响,以此分析对整车行驶稳定性的影响。分析结果表明:当车速大于7m/s时,特征值实部出现正值,开始出现蛇形不稳定现象,速度越大,不稳定现象越明显;当前后车体质心越靠近铰接点,转向刚度和阻尼越大,后两轴轴距越大,后车体质量增大有利于铰接车的行驶稳定稳定性.

关键词：铰接车数学模型特征值判定法参数稳定性

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基于可靠性机械传动铰接车分动箱设计分析

机械设计与制造 2018年第9期 244-246,250页

作者：张鉴隆叶立清黄晓明邝芸广东岭南职业技术学院广东广州510663

分动箱主要承担着按比例将动力分配给各驱动轴的任务,实现各种工况行驶需求。针对机械传动铰接车设计了一种具有高低档位变换、前后输出端差速及锁止功能的分动箱。该方案以可靠性为主要设计目标,结合整车性能需求,通过对分动箱结构解... 详细信息

分动箱主要承担着按比例将动力分配给各驱动轴的任务,实现各种工况行驶需求。针对机械传动铰接车设计了一种具有高低档位变换、前后输出端差速及锁止功能的分动箱。该方案以可靠性为主要设计目标,结合整车性能需求,通过对分动箱结构解析、行星齿轮传动的参数化和离合器尺寸设计,以及分动箱系统可靠性建模仿真,创新设计行星齿轮系与锁止离合器相结合的变速结构,能够实现分动箱高低档位的切换,遵循结构同一性原则,差速锁止功能同样由离合器结构实现。基于Romax对传动系统进行仿真,得到其传动效率、可靠性指标、有效寿命等参数,得出分动箱整体运行工作特性。在标准规定的载荷谱下得到其齿轮应力状态、接触与弯曲安全系数、轴承有效寿命与损伤比等可靠性指标,验证系统优化设计的可行性。

关键词：铰接车分动箱可靠性模型设计

路面条件对铰接车液压转向系统动态性能的影响研究

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机床与液压 2018年第11期46卷 181-185页

作者：倪文波胡骁樯王雪梅西南交通大学机械工程学院四川成都610031

为了分析自卸车液压转向系统在车辆运行过程中的性能,采用AMESim/SIMPACK联合仿真方法建立了自卸车液压转向系统的联合仿真模型,进行车辆在不同路面条件下液压转向系统分析,得到油缸位移及压力、车辆转向角的变化过程。可为车辆转向性... 详细信息

为了分析自卸车液压转向系统在车辆运行过程中的性能,采用AMESim/SIMPACK联合仿真方法建立了自卸车液压转向系统的联合仿真模型,进行车辆在不同路面条件下液压转向系统分析,得到油缸位移及压力、车辆转向角的变化过程。可为车辆转向性能的预测提供一种很好的分析方法。

关键词：铰接车液压转向系统 AMESim 联合仿真

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铰接车辆转向阻力矩的分析

矿山机械 2010年第1期38卷 38-41页

作者：王慧侯友山金纯北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

铰接车辆转向阻力矩的确定是个难点。对TL345J铰接式自卸车进行原地转向阻力矩试验测试后发现,随着转角的增大,转向液压系统压力逐渐升高。文章就当前与转角有关的使用频率较高的几个转向阻力矩计算公式进行了求解计算并对比分析,并得... 详细信息

铰接车辆转向阻力矩的确定是个难点。对TL345J铰接式自卸车进行原地转向阻力矩试验测试后发现,随着转角的增大,转向液压系统压力逐渐升高。文章就当前与转角有关的使用频率较高的几个转向阻力矩计算公式进行了求解计算并对比分析,并得出了一种准确计算铰接车辆阻力矩的方法。

关键词：铰接车转向阻力矩经验公式

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ACO算法及其在铰接车辆优化设计中的应用

农业工程学报 2011年第1期27卷 186-190页

作者：董建军石博强张文明北京科技大学机械工程学院北京100083

为了缩短工程设计周期和提高产品的质量,针对协同优化(CO)算法存在的计算量大、协调困难等问题进行了改善性研究。改善后的协同优化(ACO)算法采取了无约束的系统级,排除了单一雅克比方程式问题,使用了L1范数改进了CO算法的学科一致性约... 详细信息

为了缩短工程设计周期和提高产品的质量,针对协同优化(CO)算法存在的计算量大、协调困难等问题进行了改善性研究。改善后的协同优化(ACO)算法采取了无约束的系统级,排除了单一雅克比方程式问题,使用了L1范数改进了CO算法的学科一致性约束,另外子系统增加了一些优化参数和约束模型。通过算例验证,ACO算法在计算效率上比CO算法提高了2.6倍,优化结果也更加逼近标准解。最后,将ACO算法应用到铰接车辆设计中,车辆的燃油经济性提高了2.596%,车辆速度从零到最高车速所需要的时间也减少了6.051s。该算法有助于提高复杂工程系统优化设计中计算的效率和准确性。

关键词：优化算法应用协同铰接车