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面向自动驾驶车辆的四轮独立转向系统设计
| 论文题名： | 面向自动驾驶车辆的四轮独立转向系统设计 |
| 关键词： | 自动驾驶车辆;四轮独立转向系统;动力学建模;稳定控制;力矩分配 |
| 摘要： | 近年来随着自动驾驶车辆的快速发展，其对控制的精准性和灵活性提出了更高的要求，而机动性强、响应迅速的四轮独立转向车辆为上述需求提供了有效方案。但由于四轮独立转向车辆具有高度的非线性，存在复杂的“侧向一纵向一垂向”耦合制约关系等问题，使得协调该类型车辆的转向操纵性和稳定性成为难点。本文以四轮独立转向车辆为研究对象，根据其四轮独立可控特点建立整体车辆模型，并基于车辆转向稳定性分析，设计了转向稳定控制系统和最优力矩分配，提升了四轮独立转向车辆在低速时的灵活性和高速时的稳定性，使其更加适用于自动驾驶车辆开发。具体研究内容为： （1）设计了一种基于Carsim和Simulink的四轮独立转向车辆动力学模型。为了还原真实车辆的动力学特性，根据车辆整车质量、轴距等参数在Carsim中建立车身模型，并考虑轮毂电机的机械特性在Simulink中建立动力系统模型。同时在Simulink中搭建基于阿克曼原理的四轮转向模型，并为高低车速情况制定不同的转向策略。通过Carsim和Simulink联合仿真实现整车模型建立，为后续转向控制研究提供模型基础。 （2）设计了基于横摆力矩的转向稳定控制策略和基于相平面法的转向稳定性判定。由于四轮独立转向车辆在高速过弯时更易失稳，通过分析车辆稳定控制影响因素，制定了基于横摆力矩的转向稳定控制策略。同时建立了理想四轮转向车辆模型作为理想值，通过对比理想值与实际值的偏差来对车辆发生的失稳状况进行校正。并利用相平面法对车辆转向稳定性进行判定，为转向稳定控制系统提供了介入的最佳时机。 （3）设计了一种采用分层设计的四轮独立转向力矩控制分配策略。四轮力矩合理的控制分配是提高转向稳定性的关键，整体采用分层设计方法，上层控制器用于决策出使车辆保持稳定行驶所需的驱动力矩、附加横摆力矩和修正力矩，下层分配器采用最优力矩分配方法将力矩合理分配到各个车轮上。通过不同工况下的整车仿真对比测试，验证了设计的四轮独立转向系统的有效性。 最后搭建了自动驾驶半真实测试平台，通过数据采集、决策计算、仿真模拟完成了自动驾驶轨迹跟踪仿真测试，证明了四轮独立转向系统在自动驾驶领域的实用性能。 |
| 作者： | 史兴隆 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 詹惠琴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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