双电机耦合驱动履带车辆转向动态过程控制策略研究

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电武器、电装甲、主动悬挂及综合电子信息技术等是履带装甲车辆的发展趋势,这些技术将需要强大的电能作为支撑,在传统履带车辆上实现这一点比较困难。电传动系统依靠大功率发电机能够满足车辆行驶及作战所需电能,已经成为未来全电坦克的重要发展前提。本文针对串联式混合动力双电机耦合驱动履带车辆展开研究,所研究的车辆转向控制策略是整车综合控制策略的一部分。首先分析了双电机耦合驱动履带车辆的转向能力,然后建立了高、低速转向通用的考虑履带滑动的稳态转向动力学计算模型,模型可以对坚实路面上履带车辆转向的打滑情况及相关动力学参数进行计算。根据模型计算结果分析了履带车辆转向稳定性变化的规律,发现一定车速下,车辆稳定性随转向角速度的变化存在突变,据此选取了稳定性控制的控制变量,并将稳定性突变点作为控制的阈值。针对双电机耦合驱动履带车辆设计了转向控制策略,通过控制解耦,对车速和转向角速度分别进行控制,车辆能够跟随驾驶员的指令,实现差速转向。采用了模糊PID控制来跟随驾驶员给出的目标车速,策略对不同的行驶工况有一定的自适应性。由于车辆转向可能受到外侧驱动电机功率范围的限制,策略中的转向角速度控制采用了抗积分饱和PID算法。在MATLAB/Simulink平台下搭建了双电机耦合驱动履带车辆动力学仿真模型和转向控制策略模型,通过离线仿真验证了控制策略的有效性。搭建了履带车辆多体动力学模型,仿真了车辆高速转向侧滑及失稳的工况,分析了车辆动态转向过程稳定性变化的规律。考虑稳定性调节的非线性,建立了转向稳定性滑模控制策略,通过控制策略模型和动力学模型联合仿真,验证了转向稳定性控制的有效性。通过仿真研究了履带车辆中心转向的不稳定现象,提出了中心转向稳定性控制策略,联合仿真结果表明,考虑稳定性的中心转向控制策略能够使车辆实现质心位置不变的中心转向。利用快速原型技术开发了车辆转向控制器硬件,利用搭建的硬件在环实验平台测试了转向控制策略。实验结果表明,设计的考虑稳定性的行进中转向控制策略具有可行性和较好的实时性。
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