基于模糊控制的三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向研究

陳 明, 肖本賢

(合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

基于模糊控制的三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向研究

陳 明, 肖本賢

(合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

目前對(duì)三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)的研究一般集中在研究車(chē)輛模型,但缺乏考慮轉(zhuǎn)向規(guī)律是否符合阿克曼轉(zhuǎn)向定理,也缺乏對(duì)各類(lèi)工況下的叉車(chē)轉(zhuǎn)向分析,尤其是負(fù)載情況下的叉車(chē)轉(zhuǎn)向分析。文章以車(chē)輛的二自由度線性模型為基礎(chǔ)進(jìn)行展開(kāi)研究。整車(chē)系統(tǒng)仿真的輸入為方向盤(pán)轉(zhuǎn)角,模糊控制器以質(zhì)心側(cè)偏角等于0為控制目標(biāo)來(lái)控制后輪轉(zhuǎn)角,同時(shí)用阿克曼轉(zhuǎn)向定理來(lái)調(diào)整左前輪和右前輪轉(zhuǎn)角,由此實(shí)現(xiàn)三輪全轉(zhuǎn)向。最后通過(guò)對(duì)各種轉(zhuǎn)向工況下的仿真,驗(yàn)證了模糊控制轉(zhuǎn)向策略的有效性。

叉車(chē);三輪全轉(zhuǎn)向;阿克曼定理;模糊控制;負(fù)載

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)對(duì)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向研究主要停留在建立車(chē)輛模型,選擇各種控制策略。但很少針對(duì)一些特殊的叉車(chē)進(jìn)行建模,即使針對(duì)叉車(chē)建模,也只考慮到空載時(shí)的叉車(chē)轉(zhuǎn)向。叉車(chē)主要應(yīng)用于工業(yè)中的貨物搬運(yùn),在大多數(shù)情況下都是負(fù)載工作,而且轉(zhuǎn)向頻繁,因此叉車(chē)對(duì)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性要求較高。國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)這種叉車(chē)負(fù)載情況下轉(zhuǎn)向的具體研究,文獻(xiàn)[1]提出的轉(zhuǎn)向控制策略沒(méi)有在負(fù)載時(shí)保證叉車(chē)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性;文獻(xiàn)[2-3]提出的橫擺角速度反饋控制策略沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)向規(guī)律符合阿克曼轉(zhuǎn)向定理,這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪產(chǎn)生側(cè)滑,增大行駛阻力,增加輪胎磨損。

本文在車(chē)輛二自由度線性模型的基礎(chǔ)上,同時(shí)滿(mǎn)足阿克曼轉(zhuǎn)向定理,根據(jù)TFC20全向前移式電動(dòng)叉車(chē)建立了三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向模型,并基于質(zhì)心側(cè)偏角等于0的目標(biāo)利用模糊控制轉(zhuǎn)向策略在各種條件下對(duì)其進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了模型的正確性和控制策略的有效性。

1 建立三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向模型

1.1 三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向模型

為了轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)輪做純滾動(dòng)無(wú)滑移運(yùn)動(dòng),必須滿(mǎn)足阿克曼定理,叉車(chē)轉(zhuǎn)向中心必須交于一點(diǎn),如圖1所示。圖1中,Ο′為叉車(chē)轉(zhuǎn)向中心,與前軸的距離為e,與后軸的距離為f;質(zhì)心Ο與前軸距離為a,與后軸距離為b;δ1為左前輪轉(zhuǎn)角;δ2為右前輪轉(zhuǎn)角;δ3為后輪轉(zhuǎn)角;c為左前輪和右前輪中心的距離;L為前輪中心到后輪中心的距離。

圖1 三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)轉(zhuǎn)向模型

為了滿(mǎn)足阿克曼定理,轉(zhuǎn)向中心交于O′,3個(gè)輪子轉(zhuǎn)角必須符合如下關(guān)系:

(1)

假設(shè)方向盤(pán)給定轉(zhuǎn)角為δ,后輪轉(zhuǎn)角δ3與方向盤(pán)給定轉(zhuǎn)角δ成k的比例關(guān)系,并且方向相反,根據(jù)阿克曼定理推導(dǎo)得到3個(gè)輪子轉(zhuǎn)向角如下:

(2)

1.2 建立二自由度線性動(dòng)力學(xué)方程

建立三輪全轉(zhuǎn)向汽車(chē)二自由度線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型[4-5],由于車(chē)輛行駛過(guò)程非常復(fù)雜,在簡(jiǎn)化模型時(shí)必須保證行駛過(guò)程真實(shí)性,故需做如下假設(shè):

綜上所述，磁混凝澄清池集混凝、沉淀、過(guò)濾功能于一池，因此該池排泥濃度高，有利于污泥的處理。由于該池型沉淀效率高，因而多用于老廠改造挖潛或用地面積較為緊張的水廠及寒冷地區(qū)的水廠，適合于室內(nèi)建設(shè)。

(1) 不考慮車(chē)輛繞x軸方向的側(cè)傾運(yùn)動(dòng),也不考慮繞y軸的俯仰運(yùn)動(dòng),只考慮繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)。

(2) 不考慮切向力和空氣阻力對(duì)車(chē)輛影響。

(3) 車(chē)輛沿x方向前進(jìn)時(shí)勻速行駛。

動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)如下:Fy1、Fy2、Fy3為3個(gè)輪子輪胎側(cè)偏力;δ1、δ2、δ3分別為三輪轉(zhuǎn)角;u、v分別為整車(chē)質(zhì)心處縱向速度與側(cè)向速度;β為質(zhì)心側(cè)偏角;γ為橫擺角速度;m為整車(chē)質(zhì)量;Jz為整車(chē)?yán)@z軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。建立三輪全轉(zhuǎn)向二自由度線性動(dòng)力學(xué)方程[6]為:

(3)

其中,質(zhì)心側(cè)偏角可以取近似值β=v/u。由于車(chē)輪轉(zhuǎn)角很小(δ1、δ2、δ3小于5°),因此可以近似取值cosδ1(δ2,δ3)=1。由(3)式近似得到:

(4)

實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)側(cè)偏角小于5°時(shí),側(cè)偏力Fy與側(cè)偏角α表現(xiàn)為線性關(guān)系。因此本文中三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)選用的輪胎模型保持在線性范圍內(nèi)。選用該線性模型,能夠較好地反映輪胎側(cè)偏力與輪胎側(cè)偏角之間的關(guān)系,又不會(huì)使模型過(guò)于復(fù)雜化。

該輪胎模型下,3個(gè)輪子的側(cè)偏力為:

(5)

其中,α1、α2、α3分別為三輪側(cè)偏角;C1、C2、C3分別為3個(gè)輪子的輪胎側(cè)偏剛度。

根據(jù)幾何關(guān)系,3個(gè)輪子側(cè)偏角如下:

(6)

將3個(gè)輪子的側(cè)偏角帶入(5)式,可以得到3個(gè)輪子的側(cè)偏力為:

(7)

再把輪胎側(cè)偏力帶入二自由度線性動(dòng)力學(xué)方程(4)式,可得:

(8)

最終可得質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度的計(jì)算公式如下:

(9)

2 三輪全轉(zhuǎn)向模糊控制策略

后輪轉(zhuǎn)角δ3與方向盤(pán)轉(zhuǎn)角δ的比例系數(shù)k并不應(yīng)該一成不變,而是隨著工作環(huán)境的變化而改變,比如叉車(chē)車(chē)速變化,或者是叉車(chē)負(fù)載的變化影響。模糊控制理論經(jīng)常應(yīng)用于一些復(fù)雜可變的被控對(duì)象,因此本文采用模糊控制的轉(zhuǎn)向策略。三輪全轉(zhuǎn)向模糊控制策略以質(zhì)心側(cè)偏角等于0為目標(biāo)來(lái)控制后輪轉(zhuǎn)角δ3與方向盤(pán)轉(zhuǎn)角δ的比例系數(shù)k,再根據(jù)阿克曼定理調(diào)整左前輪轉(zhuǎn)角δ1和右前輪轉(zhuǎn)角δ2,實(shí)現(xiàn)叉車(chē)三輪全轉(zhuǎn)向,達(dá)到更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向效果。

本文采用的二維模糊控制器[7]如圖2所示。以質(zhì)心側(cè)偏角誤差E和質(zhì)心側(cè)偏角誤差的導(dǎo)數(shù)EC作為輸入變量,而輸出變量k則是后輪轉(zhuǎn)角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角比例系數(shù)。輸入量化因子為K1、K2,輸出比例因子為K3。輸入精確量質(zhì)心側(cè)偏角誤差E和誤差導(dǎo)數(shù)EC被量化后,經(jīng)過(guò)模糊控制決策和推理后送到解模糊化部分,實(shí)現(xiàn)模糊量向精確量的轉(zhuǎn)化,輸出量經(jīng)比例因子后得到精確量比例系數(shù)k的輸出。

圖2 二維模糊控制器結(jié)構(gòu)

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),模糊控制系統(tǒng)中論域選擇如下:質(zhì)心側(cè)偏角誤差E的論域范圍選為[-6,6];質(zhì)心側(cè)偏角誤差導(dǎo)數(shù)EC論域范圍選為[-6,6];后輪轉(zhuǎn)角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角比例系數(shù)論域范圍選為[-1,1]。隸屬度函數(shù)選為三角形函數(shù)。E、EC、U的模糊集選為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},具體如下:E={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言值為{-6,-4,-2,0,2,4,6};EC={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言值為{-6,-4,-2,0,2,4,6};U={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言值為{-1,-0.7,-0.3,0.1,0.4,0.7,1}。

模糊控制器2個(gè)輸入變量的語(yǔ)言值都為7,則總共有49條if A and B then C的規(guī)則,見(jiàn)表1所列。

表1 模糊控制規(guī)則

在下文中,本模糊控制轉(zhuǎn)向策略將和后輪固定比例轉(zhuǎn)向策略以及傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向策略相比較來(lái)驗(yàn)證其有效性。其中傳統(tǒng)單后輪控制轉(zhuǎn)向是指左前輪和右前輪轉(zhuǎn)角為0,后輪轉(zhuǎn)角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角相同的控制方法。后輪固定比例轉(zhuǎn)向是指后輪轉(zhuǎn)角與方向盤(pán)轉(zhuǎn)角比例系數(shù)k固定為0.5,然后根據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向定理調(diào)整左前輪和右前輪轉(zhuǎn)角的控制方法。

3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證上文提出的模糊控制轉(zhuǎn)向策略的有效性,基于Matlab 進(jìn)行了SIMULINK仿真[8-9]。本文根據(jù)TFC20全向前移式電動(dòng)叉車(chē)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析。整車(chē)自重m=5 000 kg,空載情況下叉車(chē)質(zhì)心到前軸距離a=1.408 m,質(zhì)心到后軸距離b=0.512 m,叉車(chē)前后軸的距離L=1.92 m,兩前輪之間的距離c=1.88 m,左前輪、右前輪和后輪的輪胎側(cè)偏剛度C1、C2、C3分別為77 850、77 850、153 840 N/rad,橫擺慣量Jz=5 000 kg·m2。

3.1 空載情況下叉車(chē)轉(zhuǎn)向

首先仿真叉車(chē)在空載情況下,速度選擇中速10 km/h,方向盤(pán)轉(zhuǎn)角選擇輸入初始值為0,斜率為 0.16 rad/s,經(jīng)過(guò) 1 s 后達(dá)到 0.16 rad,然后保持不變。仿真得到的質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度和3個(gè)輪子轉(zhuǎn)角分別如圖3所示。從圖3a可以看出,模糊控制轉(zhuǎn)向的質(zhì)心側(cè)偏角明顯比其他2種控制策略要小,經(jīng)過(guò)1.5 s后保持在-0.021 rad,而后輪固定比例轉(zhuǎn)向的質(zhì)心側(cè)偏角保持在-0.036 rad左右,達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間1.8 s稍長(zhǎng)。傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角最大,達(dá)到了-0.131 rad。從圖3b可以看出,后輪固定比例轉(zhuǎn)向橫擺角速度最大達(dá)到0.372 rad/s,傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向穩(wěn)定在0.247 rad/s,模糊控制轉(zhuǎn)向橫擺角速度減小,經(jīng)過(guò)1.4 s后保持在0.213 rad,既不會(huì)過(guò)度轉(zhuǎn)向產(chǎn)生甩尾,也不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足。而傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角過(guò)大,后輪固定比例轉(zhuǎn)向橫擺角速度過(guò)大,而模糊控制轉(zhuǎn)向策略轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性更好。

由于傳統(tǒng)單后輪控制轉(zhuǎn)向的三輪轉(zhuǎn)角較明顯,左前輪和右前輪轉(zhuǎn)角都為0,后輪轉(zhuǎn)角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角一樣,圖3c中只給出了后輪固定比例控制轉(zhuǎn)向和模糊控制轉(zhuǎn)向2種方法的三輪轉(zhuǎn)角,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)左前輪轉(zhuǎn)角為0.180 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.099 rad。固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)右前輪轉(zhuǎn)角為0.142 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.086 rad,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)后輪轉(zhuǎn)角為-0.080 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到-0.046 rad。由此可得模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)三輪轉(zhuǎn)角有一定減小,在短時(shí)間能夠達(dá)到穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)三輪全轉(zhuǎn)向。

再進(jìn)行一次高速大角度轉(zhuǎn)向工況下的仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖4所示,叉車(chē)速度增大為15 km/h,給定方向盤(pán)轉(zhuǎn)角選擇相對(duì)較大,選擇輸入初始值為 0,斜率為 0.3 rad/s,經(jīng)過(guò) 1 s 后達(dá)到 0.3 rad,然后保持不變。從圖4a可以看出,質(zhì)心側(cè)偏角明顯比方向盤(pán)轉(zhuǎn)角為0.16 rad時(shí)大,傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角最大,在1.5 s時(shí)趨向于穩(wěn)定達(dá)到-0.246 rad,固定比例轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角在相同時(shí)間,最后穩(wěn)定在-0.067 rad,而模糊控制轉(zhuǎn)向的質(zhì)心側(cè)偏角最小,穩(wěn)定在-0.042 rad左右,在3種轉(zhuǎn)向策略中最穩(wěn)定,總體來(lái)說(shuō)所有策略質(zhì)心側(cè)偏角都比中速小轉(zhuǎn)角工況時(shí)要大。

圖3 中速小轉(zhuǎn)角工況

圖4b中后輪固定比例轉(zhuǎn)向的橫擺角速度上升到0.704 rad/s左右保持不變,傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向的橫擺角速度上升到0.462 rad/s左右保持穩(wěn)定,而模糊控制轉(zhuǎn)向的橫擺角速度最小,上升到0.432 rad/s左右保持不變,相比中速小角度轉(zhuǎn)向工況比較大,符合實(shí)際情況。傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向和模糊控制轉(zhuǎn)向的橫擺角速度雖然相差不大但都比較小,可是質(zhì)心側(cè)偏角明顯過(guò)大,轉(zhuǎn)向不夠穩(wěn)定。后輪固定比例轉(zhuǎn)向雖然質(zhì)心側(cè)偏角只是稍大,但是橫擺角速速度過(guò)大,容易導(dǎo)致過(guò)度轉(zhuǎn)向產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象,轉(zhuǎn)向不夠穩(wěn)定,而模糊控制轉(zhuǎn)向則是最優(yōu)的轉(zhuǎn)向策略。

圖4 高速大轉(zhuǎn)角工況

同樣圖4c中只顯示后輪固定比例轉(zhuǎn)向和模糊控制轉(zhuǎn)向2種策略叉車(chē)3個(gè)輪子的轉(zhuǎn)角變化情況,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)左前輪轉(zhuǎn)角為0.370 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.212 rad。固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)右前輪轉(zhuǎn)角為0.242 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.162 rad,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)后輪轉(zhuǎn)角為-0.150 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到-0.093 rad。由此可得模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)叉車(chē)3個(gè)輪子的轉(zhuǎn)角都有一定減小,而且與中速小角度轉(zhuǎn)向工況下的三輪轉(zhuǎn)角都不相同。

3.2 負(fù)載情況下叉車(chē)轉(zhuǎn)向

因?yàn)閷?shí)際工作中,在大多數(shù)情況下叉車(chē)都是負(fù)載行駛的,所以選擇對(duì)在額定負(fù)載情況下的叉車(chē)轉(zhuǎn)向進(jìn)行進(jìn)一步分析[10]。負(fù)載情況下叉車(chē)質(zhì)心位置發(fā)生了偏移,叉車(chē)質(zhì)心位置計(jì)算公式如下:

(10)

其中,G0為整車(chē)自重;Gp為額定負(fù)載質(zhì)量;Ga為額定負(fù)載時(shí)叉車(chē)總重;a0為叉車(chē)空載時(shí)質(zhì)心到前軸的距離;ap為重物的質(zhì)心到前軸的距離;a為叉車(chē)額定負(fù)載時(shí)質(zhì)心到前軸的距離。

本文的研究對(duì)象TFC20全向前移式電動(dòng)叉車(chē)額定負(fù)載質(zhì)量Gp=2 000 kg,假定重物重心正好在貨叉中間,可以計(jì)算得到叉車(chē)額定負(fù)載時(shí)質(zhì)心到前軸的距離a=1.13 m,則質(zhì)心到后輪軸的距離b=0.79 m。在這種條件下方向盤(pán)轉(zhuǎn)角同樣給定輸入初始值為 0,斜率為0.16 rad/s,經(jīng)過(guò) 1 s 后達(dá)到 0.16 rad,然后保持不變,車(chē)速同樣定為中速10 km/h進(jìn)行仿真。額定負(fù)載工況如圖5所示。

質(zhì)心側(cè)偏角結(jié)果如圖5a所示。叉車(chē)在額定負(fù)載時(shí),后輪固定比例轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角和模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)很接近,最后穩(wěn)定到-4.21×10-3rad,而模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)質(zhì)心側(cè)偏角穩(wěn)定值下降到了-2.40×10-3rad,穩(wěn)定時(shí)間都在1.4 s左右,傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角最大,穩(wěn)定值為-0.109 rad/s。叉車(chē)在額定負(fù)載時(shí)進(jìn)行模糊控制轉(zhuǎn)向,質(zhì)心側(cè)偏角比空載時(shí)更小更接近于0,同時(shí)負(fù)載對(duì)質(zhì)心側(cè)偏角達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間影響也不大,說(shuō)明叉車(chē)在負(fù)載情況下轉(zhuǎn)向更穩(wěn)定。

橫擺角速度結(jié)果如圖5b所示,后輪固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)橫擺角速度達(dá)到0.361 rad/s,傳統(tǒng)單后輪轉(zhuǎn)向穩(wěn)定在0.239 rad/s,采用模糊控制轉(zhuǎn)向后減小到0.194 rad/s,相比相同車(chē)速和相同方向盤(pán)轉(zhuǎn)角時(shí),叉車(chē)空載時(shí)橫擺角速度變化不大,保持良好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

同樣來(lái)觀察圖5c中所示后輪固定比例轉(zhuǎn)向和模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)叉車(chē)3個(gè)輪子的轉(zhuǎn)角變化情況,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)左前輪轉(zhuǎn)角為0.180 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.092 rad。固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)右前輪轉(zhuǎn)角為0.142 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到0.081 rad,固定比例轉(zhuǎn)向時(shí)后輪轉(zhuǎn)角為-0.080 rad,模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)角減小到-0.042 rad。由此可得模糊控制轉(zhuǎn)向時(shí)叉車(chē)3個(gè)輪子的轉(zhuǎn)角都有一定幅度的減小?？梢钥闯雠c相同車(chē)速、相同方向盤(pán)轉(zhuǎn)角但叉車(chē)空載情況時(shí)相比,叉車(chē)額定負(fù)載時(shí)采用后輪固定比例轉(zhuǎn)向策略3個(gè)輪子的最終轉(zhuǎn)角不變,而采用模糊控制轉(zhuǎn)向策略3個(gè)輪子的最終轉(zhuǎn)角有小幅度的改變,轉(zhuǎn)向過(guò)程中更適應(yīng)叉車(chē)負(fù)載變化,達(dá)到更好的轉(zhuǎn)向效果。

圖5 額定負(fù)載工況

4 結(jié) 論

本文根據(jù)三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)的基于阿克曼定理的二自由度模型,對(duì)采用模糊控制轉(zhuǎn)向策略的三輪全轉(zhuǎn)向叉車(chē)的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行了理論分析和仿真。仿真結(jié)果表明不同車(chē)速不同轉(zhuǎn)角情況下,空載和負(fù)載情況下三輪全轉(zhuǎn)向模糊控制轉(zhuǎn)向策略都是行之有效的,提高了轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

[1] 田承偉,宗長(zhǎng)富,何磊,等.汽車(chē)線控四輪轉(zhuǎn)向控制策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2010,40(5):1177-1182.

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(責(zé)任編輯 張 镅)

Research on the steering of three-wheel steering forklift based on fuzzy control

CHEN Ming, XIAO Benxian

(School of Electric Engineering and Automation, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

At present, the research on three-wheel steering forklift generally concentrates on the vehicle model, ignoring whether the steering law is in accordance with Ackermann steering theorem, and lacking the analysis of the steering performance of forklift under all kinds of working conditions, especially the analysis of the steering performance of forklift under load. This study is based on a 2-DOF linear vehicle model. The steering wheel angle is input to the simulation of vehicle system, and the fuzzy controller controls the angle of rear wheel to make sure that the sideslip angle is equal to zero, and simultaneously adjusts the left front wheel angle and the right front wheel angle according to Ackermann steering theorem, thus realizing the three-wheel independent steering. Finally, the simulation results under different steering conditions show the effectiveness of the presented fuzzy control based steering strategy.

forklift; three-wheel steering; Ackerman steering theorem; fuzzy control; load

2016-01-11；

2016-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61304007)

陳 明(1992-),男,浙江嵊州人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生; 肖本賢(1964-),男,安徽無(wú)為人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.08.011

U463.42;TP273.4

A

1003-5060(2017)08-1064-06