双侧电机耦合驱动履带车辆斜坡转向控制策略

曾根， 王伟达， 盖江涛， 马长军， 李训明， 李欢欢

(1.北京理工大学 机械与车辆学院， 北京 100081； 2.中国北方车辆研究所， 北京 100072)

0 引言

转向是一种履带车辆典型的行驶工况，而斜坡转向由于受到重力沿斜坡分力的影响，其动力学特性与平面转向相差很大，现有的履带车辆转向理论[1-5]主要针对平地转向进行运动学和动力学分析，缺少斜坡转向方面的理论研究，驾驶难度较大，车辆的平稳以及可控性较差。与液力机械综合传动的履带车辆相比，采用电驱动可以实现无级变速，效率高，易于布置，适合采用现代控制技术[6]。对电驱动车辆而言，斜坡转向可以通过控制策略克服两侧不同的转向阻力，实现较精确的转向控制。

针对不同的电机控制指令，转向控制策略可以分为控制电机转速和控制电机转矩两种[7-9]。采用转速控制策略时，驾驶员操纵信号解析为目标转速，电机利用PID控制转速环，由于转速指令与目标驱动转矩之间是非线性关系，加上车辆自身惯量影响，利用PID精确解算转矩有一定的难度，实际斜坡转向过程不一定稳定[10-13]。采用转矩控制策略时，驾驶员操纵信号直接解析为目标转矩，电机控制较为简单，但是在负载转矩实时变化时，必然导致操控性及转向稳定性较差。

本文针对双侧电机耦合驱动履带车辆在斜坡转向控制过程中的动力学相关特性进行分析，实时确定两侧履带牵引力的大小和变化，通过运动状态多变量预测控制，解决双侧电机耦合、地面负载、坡度等相互耦合问题，以实现履带车辆在任意坡度角、任意速度下的平稳转向控制。……