电动沙滩车驱动控制策略研究

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进入到21世纪以来,汽车技术的发展已经实现了质的飞跃,尤其是汽车的多功能性,它已经渐渐打破了人们对汽车的传统认知。现在,智能车、探测车等层出不穷,不断地满足人们的需求。电动沙滩车是全地形车的一种,已经成为当今科学研究领域中的重点方向。在沙土环境下,车辆在快速行驶中经常发生车轮沉陷、车轮滑转的现象,车轮转矩更多的被浪费掉,因此研究电动沙滩车的驱动控制策略具有非常重要的现实意义,对人们完成困难复杂的工作有极大的便利作用。车轮模型是研究车辆驱动性能的基础,是联系车轮与路面关系的媒介。在对国内外车轮模型研究的基础上,确定了适用于可变形土壤的车轮模型。通过对Bekker车轮模型和Wong-Reece车轮模型的研究,得到了轮胎力的表达式。对车轮模型仿真分析的结果表明,车轮的纵向力受车轮滑转率、车轮沉陷量及胎纹深度的影响十分明显,而且车轮纵向力的最大值始终对应同一个车轮滑转率;车轮侧向力主要受到车轮侧偏角的影响。在对单个驱动车轮的分析中,发现车轮驱动效率的最大值同样对应同一个滑转率的值。整车模型是研究电动沙滩车驱动控制策略的主要方法,本文分别建立了电动沙滩车整车动力学模型、车轮滑动率模型、路面附着系数模型及路面不平度模型,将各个模型相结合得到了电动沙滩车整车模型。同时,建立了非线性二自由度车辆模型来进行车辆操纵稳定性仿真,验证了车轮模型与整车模型的结合是符合实际情况的,可以用于整车驱动控制中。为了解决电动沙滩车车轮滑转问题,建立了以驱动防滑为核心的驱动控制策略。在对已有的控制算法的了解基础上,分别设计了PID控制算法和模糊控制算法,经过仿真分析发现二者都有效的控制了车轮滑转率,而且模糊控制的效果更加明显,车轮滑转率达到稳定的时间也更短。考虑到车辆初始转矩的确定受到车轮载荷的影响,建立了初始转矩的分配模型,以符合车辆行驶过程中的实际情况。为了验证驱动控制策略的有效性,在MATLAB/Simulink中建立了整车驱动控制模型并进行了仿真分析。结果表明,该驱动控制系统有效的控制了车轮滑转率。同时,对前轮驱动失效的情况和质心位置对驱动控制的影响进行了分析。
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