非结构地形下分布式电驱动铰接特种车辆驱动力分配及协调控制

Articulated special vehicle with distributed electric drive system, having high driving efficiency and flexible structure , is one of the important development directions of special vehicles. A configuration of articulated special vehicle with distributed electric drive system is proposed and its critical technical problems such as state estimation method and driving force coordination control under unstructured terrain and complex working conditions is studied. The nonlinear dynamics model is established to analyze the divergence of estimation values and the uncertainty of covariance matrix. A core parameter state estimation method with of high robustness, high reliability is proposed. According to the state estimation results, the dynamic coordination control target based on tire load rate and total vehicle drive efficiency is determined and driving force distribution method is proposed. Combining with the configuration characteristics, the control mechanism of steering stability under different working conditions is explored. The steering stability evaluation index and control method are proposed to reduce the unwanted yaw torque. The research provides theoretical support for the research of key technologies of state estimation and dynamic control of special vehicles, and has important academic significance and practical value.

分布式电驱动铰接特种车辆结构灵活、驱动高效，是特种车辆未来发展的重要方向之一。本项目提出分布式电驱动铰接特种车辆构型，针对其在非结构地形和复杂作业工况下状态估计方法、驱动力协调控制等关键技术问题进行研究。建立分布式电驱动铰接特种车辆非线性动力学模型，分析在非结构地形及复杂作业工况下出现的估计值发散、协方差矩阵不正定等问题，提出具有强抗干扰性、高可靠性的核心参数状态估计方法；基于状态估计结果，确定基于轮胎负荷率及整车驱动总效率的动态协调控制目标，提出驱动力分配方法；结合分布式电驱动铰接特种车辆构型特点，探究其在不同工况下的操纵稳定性控制机理，提出操纵稳定性评价指标及控制方法，减少非期望横摆转矩，建立整车驱动力协调控制策略，为特种车辆的状态估计及动力学控制等关键技术研究提供理论支撑，具有重要的学术意义及工程应用前景。

面对非结构地形与狭小地域下的应急抢险和监视侦察任务需求，结构灵活、传动链短、动力学性能好的分布式电驱动铰接特种车辆具有广阔的应用前景。如何对其驱动力进行协调控制，从而提高车辆的动力性能及工作效率是颇具挑战的问题。本项目围绕非结构地形下分布式电驱动铰接特种车辆驱动力分配及协调控制等关键技术进行研究。针对典型的载运行走及铲掘作业两种典型工况，提出了改进的状态估计算法，分别对铰接车辆的运动学、动力学参数、轮胎横纵向力及铰接车辆铲掘作业过程中铲掘力进行了估计，改善传统状态估计算法在实际应用过程中适应性差、鲁棒性低等问题；面向两种典型工况下的驱动力分配问题，建立了融合轮胎负荷率及驱动总效率的双目标综合驱动力分配方法，并分别进行了驱动一致性优化和经济性优化的转矩分配控制，通过多种优化算法与转矩优化控制仿真试验验证，解决不同工况下驱动力难分配，不易协调的问题。同时，针对铰接车辆本体构型在不同工况下的失稳问题，提出了融合优化算法的横摆力矩分层控制方法，仿真试验结果揭示了铰接车辆蛇形摆动的内在机理，所提出的控制方法能有效抑制铰接车辆失稳现象，提高其操纵稳定性；面对铰接车辆在非结构地形下难以准确跟踪问题，建立了非结构地形下铰接车辆路径跟踪控制方法，完成了对复杂曲率和不确定扰动下铰接车辆准确路径跟踪控制；针对复杂的铰接车辆控制系统，提出了模块化驱动协调设计方法，构建了模式切换下的铰接车辆驱动协调控制策略，优化了铰接车辆的驱动力矩分配。此外，针对铰接车辆低能耗、低排放的需求，提出了铰接车辆智能化能量管理方法，能有效优化能耗分配，具备强工况适应性、高经济性和长期稳定性。本项目的研究成果有助于推动分布式电驱动铰接车辆在非结构地形下的动力学控制理论及关键技术研究，为发展分布式电驱动铰接车辆智能控制提供了参考，具有重要的理论意义和工程应用前景。