联合主动转向和差动驱动的无人搬运车侧向稳定性控制研究

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采用分布式驱动形式的无人搬运车,更易实现车辆主动前轮转向、直接横摆力矩控制等底盘侧向动力学主动安全系统的控制。但是,无人搬运车承载货物时质心较高,在不平路面上转向时受到路面激励和离心力的作用易发生侧向失稳现象。因此本文以分布式驱动无人搬运车为研究对象,对车辆参数估计以及侧向稳定性控制系统展开研究,主要研究内容如下:(1)无人搬运车动力学模型建立及模型验证。建立包含八自由度整车动力学模型和车轮动力学模型、悬架模型、轮胎模型以及驱动系统模型的无人搬运车整车动力学模型和子系统模型。同时,考虑到无人搬运车车身运动之间的耦合效应,对驱动系统、转向系统和悬架系统相互间的作用进行了分析。此外,通过Carsim动力学软件与Simulink仿真平台进行联合仿真,在阶跃转向工况下对搭建的车辆模型进行验证。(2)无人搬运车参数估计器设计及稳定性评价指标推导。为实时获取车辆关键状态参数,同时考虑到无人搬运车在转向行驶过程中受到不平路面激励的影响呈现出非线性动力学特性,本文采用无迹卡尔曼滤波方法设计状态参数估计器,对横摆角速度、质心侧偏角等参数进行估计。此外,针对传统侧向稳定性评价指标的不足,本文引入外部路面输入,推导得出基于横向载荷转率的改进型侧向稳定性指标。(3)提出一种联合主动转向和差动驱动的侧向稳定性控制策略。以侧向稳定性指标为界限,在不同的指标值介入对应的控制器,以避免各控制器之间的相互影响。将横摆角速度和侧倾角作为控制输入,采用模型预测控制算法设计主动转向控制器。为提高系统的响应速度、增强系统的鲁棒性,设计前馈反馈相结合的差动驱动控制器来分配四轮驱动力矩。在差动驱动反馈控制器设计中,为削弱传统滑模控制震颤带来的不良影响,采用动态滑模控制以提高控制瞬态响应性能,按载荷比对四轮驱动力矩进行分配。(4)仿真与实车实验验证。搭建Simulink仿真平台和实车实验平台,进行控制策略的仿真和实车验证。在阶跃转向工况不同凸起物块路面激励下进行了仿真和实车实验,仿真与实验最大均值误差为8.9%,表明所设计的状态参数估计器能够跟随实际参数值,提出的侧向稳定性控制策略可以提高无人搬运车在转向工况不平路面激励下的侧向稳定性。
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