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机械弹性车轮装备车辆的直接横摆力矩控制方法研究
| 论文题名： | 机械弹性车轮装备车辆的直接横摆力矩控制方法研究 |
| 关键词： | 装备机械;弹性车轮;直接横摆力矩控制;终端滑模控制器;力矩分配算法 |
| 摘要： | 车辆失去稳定性造成的重大交通事故会带来巨大的经济损失和人员伤亡，对车辆的行驶稳定性进行深入的研究与分析，提高车辆的防失稳能力，减少爆胎等安全事故的发生，是车辆安全性研究领域的重点。 首先，为了提高车辆的行驶安全性，采用了装配机械弹性车轮的分布式驱动电动汽车作为研究对象。机械弹性车轮是一种非充气弹性车轮，有着防漏气和爆胎的优点。分析了机械弹性车轮的结构和工作原理，基于刷子模型和试验台架，建立了机械弹性车轮的纵向和侧偏力学模型。将刷子模型得到的机械弹性车轮的力学数据导入到CarSim仿真软件中，并建立装备机械弹性车轮车辆的车体模型。在Simulink软件中搭建装备机械弹性车轮的分布式驱动电动汽车的驱动电机模型和主动悬架模型，为后文的研究奠定基础。 接着，对装备机械弹性车轮车辆的横向稳定性进行研究。建立了一个考虑侧向运动和横摆运动的二自由度车辆动力学模型，以该动力学模型为基础，对直接横摆力矩控制的上层控制器进行设计，包括PID速度跟踪控制器和一个联合积分项和终端项的ITSM滑模控制器。PID速度跟踪控制器可以稳定车辆的车速，并获得期望的纵向力。ITSM滑模控制器通过减小质心侧偏角和横摆角速度的误差来获得期望的横摆力矩，横摆力矩用来提高车辆的横向稳定性。为了验证设计的ITSM滑模控制器，使用了较为简单的下层力矩分配算法。通过仿真验证了横向稳定性控制器的有效性。 然后，对装备机械弹性车轮车辆的滑移能量进行研究。提出了基于HCC底盘控制器结合滑移能量的力矩分配算法。根据第二章建立的机械弹性车轮刷子模型，提出了刷子模型的滑移能量表征方式，将其引入HCC力矩分配算法的性能指标中。基于第三章的上层横向稳定性控制器和本章的结合滑移能量的HCC力矩分配控制器搭建了SESC直接横摆力矩控制框架。通过仿真验证了SESC控制的有效性。 最后，对装备机械弹性车轮车辆的纵-垂稳定性控制进行研究。建立了一个考虑纵向运动、垂向运动和俯仰运动的车辆动力学模型。纵向速度控制和垂向速度控制采用传统的滑模控制器进行控制，俯仰运动采用终端滑模控制器。上层的运动层控制器分别获得纵向力、垂向力和俯仰力矩。下层的轮胎力分配层采用最小化垂向力动态系数方差的目标函数作为轮胎力分配的方法。通过CarSim/Simulink联合仿真验证了搭建的纵-垂控制器的有效性。 |
| 作者： | 蔡亦璋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 林棻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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