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原文传递六轮独立电驱动高机动平台分布式驱动控制研究

论文题名：	六轮独立电驱动高机动平台分布式驱动控制研究
关键词：	多轮独立电驱动车辆;动力学建模;速度跟踪控制;路径跟踪控制;轮胎构型;足履构型
摘要：	多轮独立电驱动车辆具备驱动能力强、机动性能高等优点，被广泛应用在高机动、大功率的工况场景中。在多轮独立电驱动车辆中，分布式驱动控制技术对整车的动力性和机动性影响重大，因此，研究分布式驱动控制技术有着重要的价值和意义。本文针对六轮独立电驱动高机动平台车辆，为解决分布式独立电驱动控制中的关键技术难题，采用车辆运动学、动力学建模方法和现代控制理论，研究轮胎构型和足履构型高机动平台分布式驱动速度跟踪控制和路径跟踪控制，为分布式独立电驱动高机动平台的研发提供理论基础和实践依据。具体研究内容如下: 　　整车动力学建模及轮胎魔术公式参数辨识研究。从车辆动力学出发，建立了六轮独立电驱动高机动平台的9自由度非线性动力学模型，包括了车身的3个运动自由度模型和6个车轮的旋转自由度模型，该模型考虑了车辆的纵横向与横摆运动方向，以及建立了车轮与地面之间作用力的车轮动力学模型。针对车轮常用执行部件的轮胎力模型，基于最为广泛使用的魔术轮胎公式，得到轮胎纯滑移、纯侧偏以及滑移侧偏联合工况的力学模型，根据轮胎纯滑移与纯侧偏工况下的轮胎力数据，使用误差最小优化理论和最优求解工具，辨识得到魔术轮胎公式的参数。　　六轮独立电驱动高机动平台车轮(包括轮胎和足履)三向力估计研究。在垂向力的估计中，通过车载传感器检测得到车身纵横向加速度的值，考虑了车身的纵横向加速度对车辆轴荷的影响，建立了侧向加速度与纵向加速度作用下的轴荷转移模型，估计得到较为精确的车轮垂向力。对于轮胎车轮，在纵向力的估计中，通过辨识得到的轮胎模型，可以在线计算得到轮胎的纵向力，基于整车动力学模型和车轮纵向力，采用轮胎侧向力动态模型和无迹卡尔曼滤波算法，在线估计出轮胎的侧向力。对于足履车轮，根据车轮动力学模型、泰勒展开理论与线性卡尔曼滤波，估计出车轮的纵向力;针对足履车轮的侧向力，根据达朗贝尔原理，基于横摆力矩平衡的方法，采用最小二乘法估计出车轮侧向力。　　六轮独立电驱动高机动平台分布式驱动速度跟踪控制策略研究。在六轮独立电驱动高机动平台的速度跟踪控制中，通过反馈控制方法和驱动力分配方法，提出一种分层控制策略，其中上层控制器是速度跟踪控制器，控制跟踪期望的速度及横摆角速度，下层的驱动力分配控制层，采用基于车轮纵向负荷率最小的分配原则，考虑电机驱动能力、轮胎附着范围等约束，并引入了垂向载荷比权重系数，建立了考虑约束下的最小代价函数方程，求解得到各个驱动轮的期望驱动转矩。为验证所提出的分层速度跟踪控制策略的有效性，通过轮胎构型高机动平台的实验测试，分别测试了直线跟踪工况和转向跟踪工况，通过实验结果验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。　　六轮独立电驱动高机动平台分布式驱动路径跟踪控制策略研究。在六轮独立电驱动高机动平台的路径跟踪控制中，进行了运动学路径跟踪控制和动力学路径跟踪控制研究。在模型预测控制的基础上，通过预瞄跟踪控制的补偿，得到了预瞄跟踪模型预测融合控制器。在动力学路径跟踪控制器的研究中，提出一种基于预瞄跟踪模型预测的级联分布式驱动路径跟踪控制策略，该控制算法有三层级联构成，其中上层控制器是预瞄跟踪模型预测融合控制器，中层控制器是采用积分滑模控制方法，用于跟踪上层控制器的期望输出，下层控制器是驱动力分配器，将中层控制器的期望输出，基于车轮纵向负荷率最小的代价函数方程，同时引入了垂向载荷比值权重系数，得到期望的车轮转矩。最后，在足履构型高机动平台上测试验证了算法的有效性。
作者：	张辉
专业：	检测技术与自动化装置
导师：	梁华为
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2021