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原文传递六轮独立驱动无人平台滑移转向控制研究

论文题名：	六轮独立驱动无人平台滑移转向控制研究
关键词：	无人平台;滑移转向;轮地接触;转矩分配;六轮独立驱动
摘要：	随着抢险救援等环境的复杂性和危险性凸显，无人平台车辆成为人们研究的热点，而机动性和工作场景适应性是无人平台研究的重点和目标，采用滑移转向形式的无人平台车辆相较于传统偏转轮转向形式的车辆，转向时优越的灵活性，能够使无人平台完成小半径转向甚至是原地转向，在不同的路面环境下具有较高的机动性，而独立的轮毂电机驱动系统空间利用率高、控制精确，是实现无人平台滑移转向的重要保障。　　本文依托某校企合作工程项目研发，以六轮轮毂电机驱动的无人平台为研究对象，对比分析滑移转向技术的国内外研究现状，对滑移转向基本理论以及动力学控制进行了相关研究，主要的研究内容包括以下几个方面：　　第一，对滑移转向理论进行了相关研究。通过阐述滑移转向原理，并对无人平台进行了整车运动学分析，得到了整车质心速度与转向瞬心的关系。接着开展了滑移转向轮地接触作用机理研究，从轮胎特性和地面力学两方面入手，建立联合工况轮胎模型，对轮胎力的线性和非线性特性进行了分析，运用地面力学理论从应力角度分析了土壤对轮胎的承载特性以及剪切特性，从能量守恒角度推导出土壤下陷产生的滚动阻力表达式，进而对无人平台进行了滑移转向过程分析，估算得到了整车转向阻力矩。最后研究扩展卡尔曼滤波算法理论，对滑移转向状态参数进行估计，为后续滑移转向控制奠定了必要的理论基础。　　第二，对无人平台整车动力学模型进行了建立，首先规定了车辆坐标系、惯性坐标系以及两者的转换关系，为无人平台整车动力学建模奠定了基础，接下来根据研究内容需要分析整车各个轴向运动及绕轴运动的动力学关系，建立了六自由度车体动力学模型。然后以弹性元件和减振器并联为结构，建立了悬架模型，以一阶惯性环节来模拟电机响应，建立了电机模型，最后建立了车轮动力学模型。　　第三，对无人平台滑移转向运动控制进行了研究，运用分层控制的方法将其分为滑移转向运动控制层、转矩分配层、状态估计层。利用扩展卡尔曼滤波算法对车速进行了估计，利用模糊PI控制算法对纵向驱动力控制器进行了设计，利用滑模控制算法对横摆力矩控制器进行了设计。接下来对转矩分配进行了研究，分别以负荷率方差与均值加权最小化和能耗最小化为优化目标进行分配，并采用二维可拓集合理论对两个分配权重系数形成多目标优化函数，实现对车轮转矩的协调分配，从而对无人平台进行驱动控制，最后通过仿真分析验证了该控制策略的有效性。　　第四，对无人平台进行了整车的独立驱动协调控制仿真验证。将建立的整车仿真模型，在高低附着路面下对双移线以及拟合曲线工况进行了仿真验证，并对实际状态量与期望状态量的仿真结果进行了对比，分析了滑移转向运动过程中对期望值的跟踪，仿真表明跟踪效果理想，并将基于转矩协调控制策略与基于转矩平均分配控制策略分别得到的转矩分配情况进行了对比分析，通过对比说明了无人平台独立驱动协调控制策略能够合理地分配各轮所需的转矩，有效地跟随无人平台滑移转向运动过程中各参数的动态响应。　　本文通过对滑移转向控制研究，为无人平台的驱动控制提供了理论参考，对无人平台的应用与推广有一定的实际意义。
作者：	郝再上
专业：	车辆工程
导师：	王云成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022