独立旋转车轮主动导向控制策略仿真研究

摘要

独立旋转车轮是实现 100%低地板车的关键技术。不同于刚性轮对，左右车轮解耦之后，独立旋转车轮不再具有直线对中和曲线导向的能力，这一缺陷阻碍了独立旋转车轮的应用。因此，提高独立旋转车轮的导向能力一直是研究的重点，各国研究人员提出了不少解决方案，其中，主动导向技术是解决其导向难题的有效方法之一。 本文以实际研究对象为例，构建了独立旋转车轮的SIMPACK动力学模型，并在SIMPACK中对独立旋转车轮的直线对中性能和曲线导向性能进行仿真。仿真结果表明：独立旋转车轮转向架不具备直线对中和曲线导向的能力。 设计了PI控制、LQG控制和μ综合三种控制策略，建立了独立旋转车轮整车SIMPACK动力学模型。然后建立联合仿真模型，仿真结果表明：三种控制策略都能使独立旋转车轮的直线对中和曲线导向性能得到明显改善。 从控制效果上看，PI 控制器和 LQG 控制器的控制效果相当。不同之处在于，PI控制器的控制过程更顺畅，横移量曲线更加平滑。而LQG控制器作用下，独立旋转车轮在离开轨道曲线后，能迅速回到轨道中心。μ综合控制器能使独立旋转车轮回到轨道中心，但需要较长的时间。 基于相似理论，初步设计了基于 dSPACE 平台的独立旋转车轮主动导向控制系统，并搭建出了相应的半实物仿真平台，以验证上述控制策略。

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