基于CPN的四轮驱动车辆动力系统分析及驱动控制

摘要

随着工业技术的不断发展,国民经济各个领域对运输车辆的性能方面提出了更高的要求。采用静液压传动技术的车辆在一定程度上能够改善传动系统整体的效率,提高燃油经济性,符合国家节能减排的要求。而四轮独立驱动车辆不存在传统意义上的驱动桥,因此简化了底盘驱动系统的结构,提高了传动效率,也使整车质量大大下降,并且改善了驱动系统的灵活性,加强了驱动系统对复杂路面的适应性。这种结构也为实现复杂的车辆动力学控制提供了重要基础,特别适合应用于特种车辆上。
　　本文设计的四轮驱动系统在实现方法上是基于液压恒压网络(Constant Pressure Network),即所说的CPN技术。通过大量阅读国内外相关文献,明确了CPN的工作原理以及目前工程中实际应用中的CPN所存在的问题。随后针对这些问题提出了双泵结构的恒压网络系统,并就该系统的恒压控制提出了变论域模糊PID算法。为了验证双泵恒压网络系统的可行性以及恒压控制算法的有效性,在Matlab/Simulink中搭建了控制模型并进行仿真实验。
　　为了研究四轮驱动车辆的行驶动力学特性,本文建立了车辆七自由度非线性模型。给出了车辆行驶过程中所有重要状态量的数学计算公式。其中轮胎模型采用的是非线性的魔术公式轮胎模型。分析了魔术公式轮胎模型在多种工况下的力学特性。根据这些公式在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型并在直线工况下初步验证了模型的正确性。
　　路面状况对于整车动力学控制来说至关重要。本文设计了扩张状态观测器对驱动轮当前的利用附着系数进行估计。并进一步根据利用附着系数以及当前的滑转率通过递推最小二乘法估计出当前路面的峰值附着系数及其对应的最佳滑转率。以此为基础设计了基于逻辑门限控制策略的滑转率控制器,有效地防止驱动过程中的车轮打滑,能够保证行车安全。将估计算法和滑转率控制策略写入非线性车辆动力学模型,并进行仿真分析。
　　电子差速控制是四轮驱动系统必须要解决的问题。以前轮转向四轮驱动的车辆作为研究对象,设计了基于多模态切换控制思想的差速控制策略,该控制策略能够根据驱动轮当前滑转率确定控制模态决定采用转速还是转矩控制,从而实现良好的差速效果。设计了液压泵/马达的转速PID调节系统。将差速控制策略在车辆非线性模型中进行仿真实验并验证其有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本论文主要研究内容

第2章 基于CPN的四轮独立驱动系统设计

2.1 基于CPN的四轮驱动系统的工作原理及特点

2.2 传统恒压网络的不足及改进方法

2.3 双泵恒压控制系统数学模型

2.4 副泵变量控制器设计

2.5 本章小结

第3章 四轮驱动车辆非线性动力学建模

3.1 模型坐标系的选取

3.2 非线性车辆动力学模型的建立

3.3 H.B.Pacejka非线性轮胎模型

3.4 非线性车辆模型的初步验证

3.5 本章小结

第4章 实时路面识别及滑转率控制

4.1 利用附着系数估计

4.2 路面状态辨识

4.3 基于逻辑门限的滑转率控制

4.4 本章小结

第5章 四轮驱动电子差速控制

5.1 Ackermann转向几何理论

5.2 多模态切换电子差速控制策略

5.3 液压泵/马达转速控制系统

5.4 电子差速系统控制策略仿真分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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