【摘要】：鉸接式履帶車輛將兩個雙履帶單元鉸接在一起,通過偏轉(zhuǎn)履帶單元的角度實現(xiàn)轉(zhuǎn)向,克服了雙履帶車輛轉(zhuǎn)向性能的不足,具有很高的通過性和機動性,能夠滿足沼澤、沙漠、雪地及崎嶇路面的行駛需要。傳統(tǒng)的鉸接式履帶車輛多以柴油機為動力,需控制車輛的排放以避免環(huán)境污染,此外,鉸接式履帶車輛的行駛路況復(fù)雜,工作環(huán)境惡劣,對操作人員的人身安全具有一定威脅,對鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制系統(tǒng)的研究則可以提高車輛在復(fù)雜環(huán)境中智能化行駛的能力。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“多履帶行走裝置機電耦合動力學(xué)及自適應(yīng)控制”(No.51775225),對電動鉸接式履帶車輛的機電耦合性能與基于視覺導(dǎo)航的路徑跟蹤控制系統(tǒng)進行了研究,建立了機電耦合動力學(xué)模型,得到了電氣部分與機械部分在典型行駛工況下的參數(shù)變化規(guī)律,并提出了基于模糊PID算法的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤系統(tǒng)的控制方法。首先對國內(nèi)外在鉸接式履帶車輛動力學(xué)分析、機電耦合研究與路徑跟蹤控制等領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進行了綜述。根據(jù)鉸接式履帶車輛的結(jié)構(gòu)特點和運動特性,建立了非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向過程的動力學(xué)方程,并結(jié)合感應(yīng)電機的動態(tài)特性,建立直行與轉(zhuǎn)向兩種典型工況下鉸接式履帶車輛的機電耦合動態(tài)模型,通過數(shù)值分析得到了典型工況下電氣參數(shù)和機械參數(shù)的變化規(guī)律。為了驗證鉸接式履帶車輛機電耦合動力學(xué)模型的準確性,利用虛擬樣機技術(shù),在多體動力學(xué)軟件RecurDyn中建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機模型,并結(jié)合在Matlab/Simulink中建立的感應(yīng)電機模型進行聯(lián)合仿真分析;設(shè)計制造了鉸接式履帶車輛的物理樣機模型,驗證了數(shù)值計算及虛擬樣機仿真結(jié)果的正確。以轉(zhuǎn)向不準確度和滑移率為評價指標,通過虛擬樣機仿真分析,得到了兩側(cè)履帶速度差與鉸接點偏轉(zhuǎn)角度的匹配與車輛轉(zhuǎn)向準確度和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性關(guān)系。對鉸接式履帶車輛的路徑跟蹤控制系統(tǒng)進行了設(shè)計,提出了以實際路徑與規(guī)劃路徑之間的偏差作為目標,通過改變兩側(cè)履帶的行駛速度和鉸接點偏轉(zhuǎn)角度來控制車輛行駛的控制系統(tǒng)總體方案。根據(jù)模糊PID的控制原理,設(shè)計了鉸接式履帶車輛路徑跟蹤系統(tǒng)的模糊PID控制器,根據(jù)相應(yīng)的控制需求編輯合理的模糊規(guī)則,以車輛實際行駛路徑和預(yù)設(shè)路徑之間的距離偏差和航向角偏差作為控制器輸入變量,通過控制車輛兩側(cè)履帶行駛速度和鉸接點偏轉(zhuǎn)角度來調(diào)節(jié)車輛的位置和姿態(tài)。為了驗證模糊PID控制器的控制性能,對鉸接式履帶車輛在直線和曲線路徑下的路徑跟蹤行駛進行了仿真分析,結(jié)果表明在模糊PID控制器的調(diào)控下,鉸接式履帶車輛能夠較為快速準確地對預(yù)設(shè)路徑進行跟蹤行駛,驗證了控制器的參數(shù)設(shè)計合理,且具有較高的控制精度。設(shè)計了基于視覺導(dǎo)航方法的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制試驗平臺。在路徑跟蹤控制系統(tǒng)中,將經(jīng)過圖像處理后的預(yù)設(shè)路徑擬合為可引導(dǎo)鉸接式履帶車輛行駛的導(dǎo)航曲線,通過在圖像像素矩陣中建立的坐標系對車輛行駛過程中的距離偏差和航向角偏差進行測量。分別對預(yù)設(shè)的直線路徑與曲線路徑進行路徑跟蹤行駛,得到了行駛過程中的距離偏差和航向角偏差,以及兩側(cè)履帶行駛速度和鉸接點偏轉(zhuǎn)角度的變化,驗證了所設(shè)計的鉸接式履帶車輛路徑跟蹤控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。綜上所述,本文建立了鉸接式履帶車輛的機電耦合動力學(xué)模型,并通過試驗進行了驗證。開發(fā)了基于視覺導(dǎo)航的鉸接式履帶車輛的路徑跟蹤控制系統(tǒng)。論文的研究工作為電動鉸接式履帶車輛的開發(fā)及提高車輛的智能化水平提供了參考。
【圖文】：

還需要設(shè)定路面類型，以及相應(yīng)的土壤正應(yīng)力、內(nèi)摩擦模數(shù)、變形深度以及變形指數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。在Track/LM低速履帶模塊中建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機模型，如圖3.4所示。所設(shè)計的鉸接式履帶車輛的最高行駛速度為 0.4m/s，前后兩個雙履帶車輛之間由兩個鉸接架連接，并由一個電動推桿推動前后履帶繞鉸接點偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度范圍為±20o。圖 3.4 虛擬樣機模型由于鉸接點的偏轉(zhuǎn)是依靠電動推桿推動的，因此需要確定電動推桿伸長量與鉸接點偏轉(zhuǎn)角度之間的幾何關(guān)系，如圖 3.5 所示，圖中 TDF、TDR點分別為電動推桿與前后

主要用來采集感應(yīng)電機的電流、頻率以及驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。鉸接式履帶車輛的物理樣機模型如圖3.6 所示。圖 3.6 物理樣機模型（1）履帶行走裝置本鉸接式履帶車輛的物理樣機模型由兩組縱向排列的雙履帶組構(gòu)成，如圖 3.7 所示，，二者的參數(shù)相同，并且與虛擬樣機模型的參數(shù)一致，具體參數(shù)如表 2.1 所示。各條履帶均采用感應(yīng)電機驅(qū)動，最高行駛速度為 0.4m/s。基于此兩組完全相同的雙履帶組，構(gòu)造鉸接式履帶車輛物理樣機模型。圖 3.7 履帶行走裝置（2）鉸接轉(zhuǎn)向機構(gòu)依靠電動推桿推動前后車繞鉸接點相對轉(zhuǎn)動，來調(diào)節(jié)車輛的轉(zhuǎn)向角度和行駛方向。添加連桿機構(gòu)，用來防止電動推桿伸出量過大而造成前后履帶組干涉，如圖 3.8 所示。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.694

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 賈小平;馬駿;于魁龍;李炯;;電傳動履帶車輛耦合傳動方案性能分析[J];機械傳動;2015年12期

2 曾慶含;馬曉軍;袁東;劉春光;;雙側(cè)電驅(qū)動履帶車輛運動解耦與變結(jié)構(gòu)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年08期

3 成凱;魏小強;李貴助;;鉸接履帶式運輸車轉(zhuǎn)向俯仰裝置強度剛度分析[J];長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年02期

4 羅瑜;陳倫軍;楊玉華;楊榮貴;;非結(jié)構(gòu)地形鉸接履帶車越壕性能分析[J];機械設(shè)計;2012年10期

5 成凱;張俊;曲振東;;鉸接履帶車轉(zhuǎn)向及俯仰性能研究[J];兵工學(xué)報;2012年02期

6 李勇;姚宗偉;王國強;;四履帶車輛轉(zhuǎn)向性能仿真研究[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2011年02期

7 姚宗偉;韓進城;任云鵬;;四履帶車輛穩(wěn)態(tài)滑移轉(zhuǎn)向特性研究[J];建筑機械;2011年01期

8 林利紅;陳小安;周偉;繆瑩峗;;永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)機電耦合振動特性分析[J];振動與沖擊;2010年04期

9 李力;趙輝;李炳華;;鉸接履帶式海底采礦車越障性能仿真研究[J];計算機仿真;2008年12期

10 孫逢春;陳樹勇;;履帶車輛感應(yīng)電動機驅(qū)動系統(tǒng)匹配理論[J];機械工程學(xué)報;2008年11期

本文編號：2711832