随着我国经济的飞速发展,城市交通方式呈现出多元化的发展态势。在汽车、地铁等现有城市交通工具的基础上,考虑能源利用、资源整合以及交通便利性等因素,提出一种新型城市轨道交通方式,即一种基于橡胶车轮和虚拟轨道技术的有轨电车。此种车辆属于四轮毂电机驱动的智能车辆,其既保有轨道交通大运量的特点又兼顾了汽车的机动灵活性。车辆自主循迹及驱动控制是虚拟轨道有轨电车的关键技术之一,为此针对虚拟轨道有轨电车系统,主要完成以下几个方面的研究内容:首先,建立包含侧向和横摆的线性二自由度车辆操纵模型,研究其动力学性能及操纵特性规律,并分析"魔术公式"轮胎模型在不同工况下的受力状况,然后建立包含纵向、侧向、横摆以及车轮旋转的七自由度车辆模型。其次,建立考虑道路几何特性对车辆循迹效果影响的控制模型,道路几何特性包括跟踪路径的大地坐标、道路曲率以及道路宽度,并采用离散数表的方式表示。根据公路线路设计相关理论,建立道路曲率和道路宽度对车辆理想纵向速度影响模型。在方向控制方面,建立基于侧向加速度反馈的驾驶员模型。在此基础上,综合考虑速度和方向联合控制,使用"预瞄-跟踪"驾驶员建模理论对任意路径进行循迹。再次,为描述车辆实际线路下的循迹效果,引入任意路径循迹误差计算方法,将循迹误差作为衡量线路循迹效果的评价指标,该指标为统计意义下的优化指标。针对大曲率道路工况下车辆循迹偏差较大的现象,为优化大曲率路段循迹效果,提出循迹误差最优准则。根据循迹优化指标对车辆理想纵向速度进行修正,并在此基础上建立方向盘转角修正模型,通过循迹误差最优准则选取不同速度区间下的修正系数,在大曲率道路工况下对车辆循迹进行修正,其适用于优化大曲率路段的循迹效果。最后,建立基于路径跟踪的全轮力矩分配算法,在线路循迹效果较优基础上,提取车辆路径跟踪所需的运动学及动力学参数,建立车辆轮胎附着系数最优作为优化目标的力矩分配方法,并推导出各轮胎瞬态的力值。考虑驱动-转弯联合工况下的"魔术公式"轮胎逆模型,根据轮胎瞬态的力值反求出轮胎滑转率和轮胎侧偏角,以此求出该瞬态下四轮转角指令和驱动力矩指令。综上所述,对虚拟轨道有轨电车循迹特性和力矩分配算法进行研究,为虚拟轨道有轨电车研制提供了理论基础和技术支持。