多轮独立电驱动铰接客车横摆稳定性控制策略研究

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多轮独立电驱动铰接客车兼具纯电动客车和铰接客车的优点,车身容量大,路面适应性强,转向性能更佳,排放为零,是未来城市交通问题的理想解决方案,但是由于铰接点处存在作用力的耦合,此类车辆动力学系统较一般车辆更为复杂,在横摆稳定性上存在横向摆动、甩尾和折叠等特殊问题。本文针对带铰接装置的多轮独立电驱动客车的横摆稳定性控制进行了研究,主要研究工作如下:1)建立整车动力学模型,搭建动力学仿真平台针对多轮独立电驱动铰接客车,通过动力学和运动学分析,建立了包括六个车轮的转动自由度、前车厢的纵向、横向速度和横摆角速度、前后车厢的铰接角和转向角在内的11自由度整车动力学模型,建立了轮胎、铰接盘、电机、传动系统和驾驶员等子系统模型,并以此为基础在MATLAB/Simulink平台中搭建了整车动力学仿真平台,通过与现有d SPACE-ASM仿真平台在相同工况下仿真结果的对比,验证了所搭建动力学仿真平台的模型精度,证明了该平台可用于验证控制策略是否有效。2)车辆横摆稳定性控制策略研究针对多轮独立电驱动铰接客车在横摆稳定性上存在的横向摆动、甩尾、折叠等问题,开发了车辆横摆稳定性控制策略。采用分层控制的方法,上层为运动跟踪层,首先建立三自由度参考模型,以三自由度参考模型给出的理想车辆响应为基准,前车厢以横摆角速度为主要控制目标,后车厢的控制则将铰接角和横摆角速度共同考虑在内,均采用滑模控制方法,分别计算前后车厢的附加横摆力矩。下层为转矩分配控制层,以轮胎利用率为优化目标对上层所得前后车厢附加横摆力矩进行优化分配,采用二次规划法,以整车纵向力需求,上层附加横摆力矩需求,轮边驱动电机峰值转矩限制以及路面附着情况为约束,采用有效集方法进行求解,计算出四个驱动车轮上的纵向力。3)基于整车动力学仿真平台的策略验证将所开发的横摆稳定性控制策略施加于搭建好的整车动力学仿真平台之上,分别在方向盘转角正弦输入的低速工况和方向盘转角正弦输入的高速工况下进行仿真,通过观察车速,前后车厢横摆角速度和铰接角等横摆稳定性指标,评估控制效果,仿真结果表明,所开发控制策略可有效改善目标车辆的横摆稳定性,对于前后车厢横摆角速度和铰接角均有一定程度的优化。4)基于d SPACE-ASM仿真平台的多工况仿真验证控制策略在所搭建的动力学仿真平台上得到初步验证后,利用精度更高的d SPACE-ASM仿真平台对控制策略进行进一步的更复杂工况的验证,通过在包括双移线工况,蛇形工况和对开路面工况共8种不同附着不同车速下分布式驱动铰接客车运行状态的仿真,证明了所开发的横摆稳定性控制策略可在各种工况下改善车辆的横摆稳定性,总体分析,所开发的分布式驱动铰接客车的横摆稳定性控制策略具有其可行性和有效性,且针对多轴分布式铰接客车特点,该控制策略对于铰接客车后车厢失稳乃至车体折叠这类问题的解决效果尤为明显。
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