全轮独立驱动车辆动力学协调控制方法研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要AWID／AWIS(全轮独立驱动／全轮独立转向)车辆是一种新型车辆，其所有车轮均可独立驱动、独立转向，具有比传统车辆更多、更灵活的转向和驱动组合，能够提供更多的运动模式(如零半径转向、蟹行、横移等)，具备更好的动力性、操纵性和主动安全能力，代表了先进车辆研究的前沿和重要的发展方向之一。底盘操纵控制是AWID／AWlS车辆的核心技术之一，其中，具有全轮独立驱动(AWID)特性车辆的前轮转向控带IJ(FSC)Ih-]题是一个重要研究方向，本文对此控制问题进行研究，开发相应的控制算法，并进行仿真与验证。论文研究思路主要分为4部分：第一部分阐述车辆动力学协调控制的基本思想，建立

2、动力学协调控制体系结构。在该部分中，将AWID车辆看作为一种具有驱动冗余的移动机构，分析了冗余驱动系统的特性及优点；在此基础上，结合冗余系统性质以及研究现状，设计一种车辆动力学混合式控制体系结构，论述控制体系各部分之间的关系，给出车辆动力学协调控制的技术路线。第二部分研究车辆车体动力学的稳定控制问题。建立车辆动力学模型，对影响车辆动力学稳定性的各主要因素进行分析：然后给出一种基于“前馈+最优状态反馈”策略的车体(整车)动力学稳定性控制方法，以及实现车辆动力学协调控制的总驱动力和总横摆力矩。第三部分研究基于轮胎力的最优分配算法。论文以经典的数学优化为主要理论基础，借鉴冗余驱动机器人和航天、航空器

3、等控制领域的最新研究成果，开发了分别基于梯度投影优化算法、基底排序优化算法和Lemek优化算法的三种有约束多目标轮胎力最优分配算法。论文重点对待分配的期望总驱动力／力矩和分配后实际产生的总驱动力／力矩之间的误差问题进行了分析研究，以力／力矩匹配精度为主要评价指标，比较了所开发的三种分配算法的性能，并指出优选算法。第四部分是基于轮胎力最优分配的车辆动力学协调控制方法的仿真和验证，进行车辆动力学协调控制仿真研究，并对不同条件下的控制效果加以比较V山东大学硕士学位论文分析，验证控制方法的有效性。论文所获成果可为AWlD／AWlS车辆的研发提供理论基础和关键技术支撑，也可推广用于非AWID／AWlS车

4、辆的动力学控制和主动安全控制。关键词：AWID／AWIS，FSC，车辆动力学，协调控制，最优化，控制分配VI山东大学硕士学位论文ABSTRACTTheAWID／AWIS(AllWheelIndependentDriving／Steering)vehicle，forwhichallwheelsaredrivenandsteeredindependently,isanewkindofvehicleswhichpossessmoreflexibilityofsteeringanddrivingcombinationsandCanprovidemoremotionmodes(suchaszero-ra

5、diusturning，crab—movingandtransverselyshiRing)，thushavingexcellentpoweroutput，maneuveringcapabilityandactivesafetyability．TheAWID／AWISvehicleisthefrontierandimportantdirectionoftheadvancedvehicleresearch．ChassismanipulatingcontrolisoneofthekeytechnologiesofAWID／AWISvehicles，inwhich，theFSC(Front—whee

6、lSteeringContr01)ofAWIDvehicleisanimportantresearchdirection．Inthisthesis，theFSCofAWIDvehicleisinvestigatedandanovelcontrolalgorithmisdevelopedandsimulated．Thisthesisconsistsmainlyoffourparts：Inthefirstpart,themainideaofvehicledynamicscooperationcontrolispresentedandthestructureofthecontrolsystemisc

7、onstructed．TheAWIDvehicleistreatedasamobileagentwithdrivingredundancyandthefeaturesofredundantsystemisanalyzed．Basedonthis，thestructureofahybridvehicledynamicscontrolsystemisdesigned，thefunctionofeach