雙橋獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉸接車輛牽引力控制策略研究

張 君

（1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，太原 030024；2.太原重型機(jī)械設(shè)備協(xié)同創(chuàng)新中心，太原 030024；3.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 030006）

“雙電機(jī)前后獨(dú)立分布式全輪驅(qū)動(dòng)”型傳動(dòng)系統(tǒng)是近年來(lái)井下大功率運(yùn)輸設(shè)備常采用的一種動(dòng)力傳動(dòng)分配方式。本文依據(jù)井下鉸接式特種車輛前、后車體以及鉸接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，針對(duì)如圖1所示井下鉸接車，建立了整車七自由度動(dòng)力學(xué)模型，并且基于滑?？刂品椒?，提出雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛的驅(qū)動(dòng)防滑控制策略，目標(biāo)是保證前后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)速差為0，從而有效保證了井下鉸接車輛處于安全運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 井下蓄電池鉸接車構(gòu)成

1 井下蓄電池雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉸接轉(zhuǎn)向車輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及行走轉(zhuǎn)矩分配現(xiàn)狀

井下蓄電池雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉸接車輛構(gòu)成如圖1所示，整車主要由貨物裝載區(qū)、前驅(qū)動(dòng)橋、前車體、鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、后車體、后驅(qū)動(dòng)橋、后橋擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力蓄電池構(gòu)成。該鉸接車輛布置靈活的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在前、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別置于前、后驅(qū)動(dòng)橋輸入端，可以使整車功率得以分解。即使電機(jī)出現(xiàn)故障，車輛也不會(huì)進(jìn)入危險(xiǎn)工況，因而整車運(yùn)行安全、穩(wěn)定。

在動(dòng)力單元分布式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)分配控制研究的相關(guān)文獻(xiàn)中，Nobuyoshi Mutoh等［1-2］以一款純電動(dòng)FRID-SUV為研究對(duì)象，對(duì)轉(zhuǎn)彎工況和低附著條件下的制動(dòng)工況進(jìn)行分析，給出了轉(zhuǎn)彎工況及低附著制動(dòng)工況下前后電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配方法。盧兵、饒淼濤等［3-4］針對(duì)三軸獨(dú)立電動(dòng)驅(qū)動(dòng)型式，進(jìn)行了整車控制策略研究和動(dòng)力總成優(yōu)選方法研究，通過(guò)MatLab／Simulink的仿真分析以及實(shí)車試驗(yàn)，表明分層協(xié)調(diào)控制策略有利于提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率和車輛的通過(guò)性。羅玉濤等對(duì)四驅(qū)電動(dòng)汽車軸間驅(qū)動(dòng)力分配對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性控制的影響量損失進(jìn)行了研究，指出軸間驅(qū)動(dòng)力分配控制是一種間接的力矩控制方法。雖然不如直接橫擺力矩控制效果明顯，但大多數(shù)情況下可輔助駕駛員對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向特性做出修正，尤其是四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車軸間驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力分配，有效改善了車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性［5］。清華大學(xué)的褚文博等［6-7］對(duì)分布式電驅(qū)動(dòng)車驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效控制方面也展開了深入研究，其算法通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了良好的控制效果。上述文獻(xiàn)均未針對(duì)井下鉸接車輛特殊工況進(jìn)行分析和討論，也沒(méi)有解決該結(jié)構(gòu)形式車輛的動(dòng)力傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)，尤其是沒(méi)有說(shuō)明前后車體的驅(qū)動(dòng)牽引力控制策略。比如，上述文獻(xiàn)提到的動(dòng)力學(xué)建模均為普通路面工作的鉸接式裝載機(jī)、地面客車等的三自由度鉸接式的多體動(dòng)力學(xué)模型，并不能直接應(yīng)用到本研究中在井下路面工作的、動(dòng)力學(xué)方程具有7個(gè)自由度的井下蓄電池鉸接式雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)上。該車輛以蓄電池為動(dòng)力系統(tǒng)的唯一能源，采用的再生制動(dòng)系統(tǒng)安全性高、可大大減輕機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。鉸接車輛采用兩段鉸接四驅(qū)結(jié)構(gòu)型式，前后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別靠2個(gè)電機(jī)輸出，但在應(yīng)用常用的等比例方法分配前后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)容易導(dǎo)致“折腰”現(xiàn)象的發(fā)生。針對(duì)上述情況，本文提出一種新的行走轉(zhuǎn)矩分配策略，以提高井下鉸接車輛的動(dòng)力性、安全性。

表1 鉸接車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)變量定義

2 建立雙橋獨(dú)立鉸接車輛動(dòng)力學(xué)建模及轉(zhuǎn)速差滑模控制策略

充分考慮礦用鉸接車輛前、后車體以及鉸接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合前、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配需求，對(duì)整車模型進(jìn)行合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化，確定整車運(yùn)動(dòng)自由度。

假設(shè)1 前后車體兩部分鏈接垂直方向上安裝關(guān)節(jié)軸承，故不考慮垂直變形和受力，只研究水平面。垂直方向沒(méi)有變形，只能“折腰”。

假設(shè)2 鉸接車輛轉(zhuǎn)向角θ不隨車輛運(yùn)動(dòng)變化，給定具體值后鉸接點(diǎn)處受力不影響轉(zhuǎn)矩分配。

基于車輛輪胎模型及牛頓矢量計(jì)算方法，對(duì)整車在井下特殊工況下進(jìn)行受力分析，如圖2所示，推導(dǎo)出了含有7個(gè)自由度的整車動(dòng)力學(xué)模型（具體參數(shù)含義見表1）。式（1）～（7）為鉸接車輛的動(dòng)力學(xué)方程，作為后續(xù)仿真模型中的控制對(duì)象。

圖2 整車受力分析示意圖

3 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛牽引力控制策略

本文主要研究的問(wèn)題是如何根據(jù)鉸接車在行駛過(guò)程中的運(yùn)行參數(shù)來(lái)制動(dòng)前后車體各分別需要多少牽引力轉(zhuǎn)矩。之前的該類型車輛的控制策略是對(duì)前后驅(qū)動(dòng)橋電機(jī)進(jìn)行等比例分配，所以存在一定的缺點(diǎn)，比如無(wú)法很好地跟蹤車輛前后車體牽引力的動(dòng)態(tài)需求等。故以驅(qū)動(dòng)防滑控制策略為核心，針對(duì)雙橋獨(dú)立電驅(qū)鉸接車輛，基于滑?？刂圃O(shè)計(jì)方法，制定出一種轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗浴＞唧w流程如圖3所示。

圖3 滑模控制策略推導(dǎo)流程

3.1 滑模控制設(shè)計(jì)方法

滑?？刂剖亲兘Y(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的一種控制策略。該控制的特點(diǎn)主要在于系統(tǒng)的滑模運(yùn)動(dòng)具有很好的魯棒性［8-12］。

3.2 鉸接車輛轉(zhuǎn)速差防滑控制策略

根據(jù)上述滑?？刂圃O(shè)計(jì)方法制定出該井下蓄電池鉸接車雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速差防滑控制轉(zhuǎn)矩分配策略。動(dòng)力系統(tǒng)傳遞路線為：當(dāng)駕駛員踩下加速踏板后，踏板信號(hào)作用到鉸接車輛總控制器上，此時(shí)踏板行程直接決定了鉸接車輛當(dāng)前所需的總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，總控制器將電信號(hào)傳遞到變頻器上，變頻器最后根據(jù)控制策略，以總轉(zhuǎn)矩為約束將電信號(hào)分配前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，同時(shí)伴隨反饋信號(hào)作用到變頻器上，依據(jù)前后車體實(shí)時(shí)的載重變化來(lái)實(shí)時(shí)重新調(diào)整前后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使車輛獲得最優(yōu)的牽引力驅(qū)動(dòng)性能。動(dòng)力系統(tǒng)傳遞路線流程如圖4所示。

圖4 動(dòng)力系統(tǒng)傳遞路線流程

整車的4個(gè)輪子的縱向滑轉(zhuǎn)率直接決定著前后驅(qū)動(dòng)橋的牽引力大小，所以本文將前后驅(qū)動(dòng)橋牽引力的研究轉(zhuǎn)化為對(duì)車輪劃轉(zhuǎn)率的控制研究。即車輛的縱向滑轉(zhuǎn)率Ss作為被控變量，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tm作為控制量。在給定路面的附著系數(shù)最大的時(shí)候存在一個(gè)最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率Ss0，調(diào)整前后驅(qū)動(dòng)橋的牽引力轉(zhuǎn)矩使得4個(gè)輪子的滑轉(zhuǎn)率接近最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率，最終達(dá)到前后驅(qū)動(dòng)橋處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下。

當(dāng)鉸接車輛在礦井路面實(shí)際運(yùn)行和工作時(shí)，因?yàn)橹饕|(zhì)量都加載在前驅(qū)動(dòng)橋上，所以控制過(guò)程中總轉(zhuǎn)矩一定的情況下優(yōu)先向前軸分配轉(zhuǎn)矩，在滿足前軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件下，再向后驅(qū)動(dòng)橋分配轉(zhuǎn)矩。目標(biāo)是將4個(gè)輪子的滑轉(zhuǎn)率值都控制在有效范圍內(nèi)，盡可能地向最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率逼近。以下為應(yīng)用滑模控制策略推導(dǎo)前后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩分配過(guò)程：

前軸中央等效轉(zhuǎn)速導(dǎo)數(shù)：

后軸中央等效轉(zhuǎn)速導(dǎo)數(shù)

為了縮小前、后驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速偏差，設(shè)計(jì)如下滑模面 m（t）：

其中e（t）表示前后驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速差與目標(biāo)轉(zhuǎn)速差的偏差。

為保證m·˙m＜0，設(shè)計(jì)滑?？刂坡桑?/p>

以前驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)速與后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)速差等于零為目標(biāo)，運(yùn)用滑?？刂品椒ǎ岢隽嗽撱q接車輛新的轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)矩分配策略。整個(gè)系統(tǒng)仿真閉環(huán)結(jié)構(gòu)控制框圖如圖5所示。

4 轉(zhuǎn)速差防滑控制仿真驗(yàn)證

針對(duì)雙橋獨(dú)立電驅(qū)鉸接車輛提出的轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗?，需要在 Matlab-Simulink［13］環(huán)境下搭建數(shù)學(xué)模型。轉(zhuǎn)矩分配控制器模塊包含等比例分配前后轉(zhuǎn)矩策略和轉(zhuǎn)速差滑模分配前后轉(zhuǎn)矩策略，通過(guò)開關(guān)進(jìn)行2種策略的切換，程序?qū)凑詹煌姆峙洳呗赃M(jìn)行運(yùn)算。m文件中控制器參數(shù)已設(shè)定，轉(zhuǎn)角θ在直行和轉(zhuǎn)彎2種工況下分別為θ＝0×3.14／180和θ＝10×3.14／180。對(duì)2種控制策略進(jìn)行數(shù)值仿真，獲取4個(gè)輪子在不同工況下的滑轉(zhuǎn)率值，并且比較2種轉(zhuǎn)矩控制策略下的滑轉(zhuǎn)率值，說(shuō)明滑?？刂撇呗缘挠行院蛢?yōu)越性。

圖5 閉環(huán)結(jié)構(gòu)仿真框圖

使用式（1）～（7）推導(dǎo)出的整車7自由度動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，采用表2所列出的系統(tǒng)參數(shù)，運(yùn)用式（15）（16）所制定的車輛轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)矩控制策略進(jìn)行仿真，選擇以下車輛的驅(qū)動(dòng)防滑控制參數(shù)：Ss10＝0.2，Ss20＝0.2，Ss30＝0.2，Ss40＝0.2，ε1＝2.0×105，k1＝1.0×103，ε2＝1.5×105，k2＝1.0×103，ε3＝2.8×105，k3＝1.0×103，ε4＝2.0×105，k4＝1.0×103。仿真條件設(shè)定為：車輛的初始速度u1＝1.4 m／s＝5 km／h，t＝0時(shí)刻駕駛員踩踏加速踏板，車輛加速。設(shè)定車輛加速踏板全部行程對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總量為Tdriver＝800 N·m。

表2 整車動(dòng)力學(xué)模型仿真參數(shù)

4.1 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛在轉(zhuǎn)彎10°工況下的轉(zhuǎn)速差滑?？刂品抡?/h3>

根據(jù)井下鉸接車實(shí)際結(jié)構(gòu)，在鉸接車輛轉(zhuǎn)彎10°工況下，當(dāng)采用轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)矩滑?？刂撇呗詴r(shí)，因?yàn)檎囓圀w中間的鉸接點(diǎn)和前驅(qū)動(dòng)橋的距離為2.417 m，和后驅(qū)動(dòng)橋的距離為2.947 m，2個(gè)距離值比較相近。把整體車體鉸接點(diǎn)作為圓心，前后驅(qū)動(dòng)橋繞圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡近似在同一個(gè)圓上。由仿真結(jié)果得知左前輪滑轉(zhuǎn)率、右前輪滑轉(zhuǎn)率、左后輪滑轉(zhuǎn)率、右后輪滑轉(zhuǎn)率如圖6所示。

圖6 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗栽谵D(zhuǎn)彎10°工況下左前、右前、左后、右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率

圖7 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗栽谵D(zhuǎn)彎10°工況下的前、后電機(jī)轉(zhuǎn)矩

上述仿真結(jié)果表明：當(dāng)總轉(zhuǎn)矩為800 N·m時(shí)，鉸接車輛轉(zhuǎn)彎10°時(shí)，采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗詫?duì)前后驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，并進(jìn)行離線仿真求解。圖6（a）表明：在0～0.1 s期間內(nèi)左前輪的縱向滑轉(zhuǎn)率由0急劇升到0.035附近。在0.1 s到2 s期間內(nèi)左前輪的縱向滑轉(zhuǎn)率變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)，1.9 s內(nèi)變化了0.007，最后穩(wěn)定于0.042。圖6（b）表明：在0～0.05 s期間內(nèi)右前輪的縱向滑轉(zhuǎn)率急劇下降，從0.06降到0.038附近。在0.05～2 s時(shí)刻期間內(nèi)右前輪的縱向滑轉(zhuǎn)率變化穩(wěn)定于0.038。圖6（c）表明：在0～0.04 s期間內(nèi)左后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率急劇上升，從0.032上升到0.038附近，后期縱向滑轉(zhuǎn)率變化率趨于0。圖6（d）表明：在0～0.1 s期間內(nèi)右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率急劇降低，從0.07下降到0.035，后期穩(wěn)定于0.035附近。結(jié)果證明：鉸接車輛采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗詫?duì)前后驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，4個(gè)車輪均未發(fā)生打滑。前驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩經(jīng)智能分配后為140～200 N·m，后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩經(jīng)智能分配后為600～660 N·m。從圖7中可以看出，前驅(qū)動(dòng)橋電機(jī)動(dòng)態(tài)地向后驅(qū)動(dòng)橋電機(jī)智能轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。前后電機(jī)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)輸出反應(yīng)了滑?？刂频倪^(guò)程，使得總轉(zhuǎn)矩得到了更高效的利用。

4.2 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛在直行工況下的轉(zhuǎn)速差滑控制仿真

鉸接車輛參數(shù)設(shè)置同上述。采用轉(zhuǎn)速差滑模控制策略對(duì)整車直行工況進(jìn)行仿真求解，分別得到左前輪滑轉(zhuǎn)率、右前輪滑轉(zhuǎn)率、左后輪滑轉(zhuǎn)率、右后輪滑轉(zhuǎn)率，如圖8所示。

圖8 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗栽谥毙泄r下左前、右前、左后、右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率

結(jié)果表明：當(dāng)總轉(zhuǎn)矩為800 N·m時(shí)，4個(gè)車輪縱向滑轉(zhuǎn)率均大約為0.035 4，未發(fā)生打滑。前驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩經(jīng)智能分配后約為150 N·m，后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩經(jīng)智能分配后約為650 N·m，分別如圖9所示。說(shuō)明鉸接車輛采用滑?？刂撇呗院螅昂箅姍C(jī)轉(zhuǎn)矩能智能分配，明顯提高了總轉(zhuǎn)矩的利用率。

圖9 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗栽谥毙泄r下的前、后電機(jī)轉(zhuǎn)矩

4.3 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛在轉(zhuǎn)彎10°工況下的等比例分配轉(zhuǎn)矩控制仿真

為了更好地對(duì)比2種控制策略的不同，和驗(yàn)證轉(zhuǎn)速差滑?？刂茖?duì)車輛驅(qū)動(dòng)性能的改善，對(duì)車輛采用等比例轉(zhuǎn)矩分配控制策略進(jìn)行數(shù)值求解。設(shè)定相同的車輛初始速度u1＝1.4 m／s＝5 km／h，θ＝10°，t＝0時(shí)刻駕駛員踩踏加速踏板，使前、后橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別輸出固定轉(zhuǎn)矩Tmf＝400 N·m。仿真結(jié)果得到左前輪滑轉(zhuǎn)率、右前輪滑轉(zhuǎn)率、左后輪滑轉(zhuǎn)率、右后輪滑轉(zhuǎn)率，分別如圖10所示。

圖10 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用等比例分配轉(zhuǎn)矩策略在轉(zhuǎn)彎10°工況下左前、右前、左后、右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率

如圖10所示，鉸接車輛轉(zhuǎn)彎10°時(shí)，總轉(zhuǎn)矩等比例地分配給前后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩各400 N·m，結(jié)果表明：由于車輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總值較大時(shí)并且沒(méi)有施加任何驅(qū)動(dòng)防滑控制策略，會(huì)導(dǎo)致左、右前輪縱向滑轉(zhuǎn)率在0 s到0.4 s內(nèi)滑轉(zhuǎn)率斜率值較大，表明滑轉(zhuǎn)率增長(zhǎng)速度過(guò)快，最后趨近于0.9，接近1，發(fā)生打滑。左后輪縱向滑轉(zhuǎn)率在經(jīng)過(guò)前0.02 s的振蕩后最后趨近于0.022 0。左后輪縱向滑轉(zhuǎn)率值在前0.02 s內(nèi)從0.035急劇降低到0.025，最后值穩(wěn)定于0.025附近。

4.4 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛在直行工況下的等比例分配轉(zhuǎn)矩控制仿真

鉸接車輛直行時(shí)，其他設(shè)置和參數(shù)均和等比例分配轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)彎工況10°下相同，左前輪滑轉(zhuǎn)率、右前輪滑轉(zhuǎn)率、左后輪滑轉(zhuǎn)率、右后輪滑轉(zhuǎn)率如圖11所示。

圖11 雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛采用等比例分配轉(zhuǎn)矩策略在直行工況下左前、右前、左后、右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率

仿真結(jié)果表明：鉸接車輛直行時(shí)，當(dāng)采用等比例分配轉(zhuǎn)矩策略，即前后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為400 N·m時(shí)，未采用任何的防滑措施，如圖11所示。左前輪、右前輪的縱向滑轉(zhuǎn)率迅速增加且接近1，發(fā)生打滑。左后輪、右后輪的縱向滑轉(zhuǎn)率保持在0.022 2附近且無(wú)限逼近。

結(jié)合直行和轉(zhuǎn)彎10°兩種工況，分別對(duì)比了轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)矩分配控制策略和等比例轉(zhuǎn)矩分配控制策略對(duì)鉸接車輛4個(gè)輪子滑轉(zhuǎn)率的影響。鉸接車輛轉(zhuǎn)角10°時(shí)，2種控制策略下4個(gè)車輪滑轉(zhuǎn)率值對(duì)比如圖12所示。鉸接車輛直行時(shí)4個(gè)車輪滑轉(zhuǎn)率值對(duì)比如圖13所示。在2種工況中采用轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗院?，左前輪、右前輪的滑轉(zhuǎn)率值基本控制在0.04范圍內(nèi)，控制效果明顯優(yōu)于等比例分配轉(zhuǎn)矩控制策略。仿真驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗缘目尚行院驼_性，同時(shí)表明了轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗阅軌虮ＷC鉸接車輛處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，合理高效利用電機(jī)轉(zhuǎn)矩，減少了車輪在特殊工況下打滑的幾率，提升了整車的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)性能，進(jìn)一步提高了鉸接車運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

圖12 轉(zhuǎn)角10°工況下4個(gè)車輪2種控制策略下滑轉(zhuǎn)率值對(duì)比

圖13 直行工況下4個(gè)車輪2種控制策略下滑轉(zhuǎn)率值對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)雙橋獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉸接車輛的前后橋驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題展開研究。由于前后驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)矩常用等比例分配，導(dǎo)致“折腰”發(fā)生，穩(wěn)定性較差，現(xiàn)有文獻(xiàn)和研究相對(duì)較少，沒(méi)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。所以針對(duì)井下鉸接車輛前、后車體以及鉸接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，基于鉸接車輛的動(dòng)力學(xué)制動(dòng)了滑模轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)矩分配策略，用來(lái)提高井下鉸接車輛防滑效果。

在Matlab-Simulink軟件中搭建了所研究的控制策略的數(shù)學(xué)模型，分別在直行和轉(zhuǎn)彎2種工況下進(jìn)行了數(shù)值求解，從而證明轉(zhuǎn)速差滑?？刂撇呗栽谠撱q接車輛的驅(qū)動(dòng)防滑控制方面優(yōu)于等比例分配驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩策略，能夠?qū)④囕v各輪胎的滑轉(zhuǎn)率控制在期望值附近，避免了車輪打滑，提高了井下鉸接車輛橫向穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了車輛的使用壽命。