Simulink四轮驱动小车的数学建模及仿真(2)
四轮驱动最早应用于第一次世界大战的军事用车，很快这项技术在二战期间美国军事车吉普上得到广泛使用。二战结束之后，首先被应用在陆虎上。几十年来，四驱依然被应用在越野车领域上直到1970年英国罗孚(Range Rover)公司使用了这项技术。近些年来, 由于现代道路交通系统和现代汽车技术的发展,人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术——四轮转向技术,于二十世纪80 年代中期开始在汽车上得到应用,并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。仿真一直是汽车开发中的一个重要环节,通过合理有效的仿真可以加快汽车开发进度,节约开发成本。伴随着其他技术的发展,其建模和仿真技术也在飞速发展. 随着计算机技术的飞速发展,计算机仿真已经是四轮驱动汽车设计开发的有力辅助工具,仿真分析有利于深入理解小车系统的工作过程,分析控制策略中占主要影响的动力学因素;并可用来分析整车能量消耗和评估整车性能,验证和优化设计方案。随着研究的深入,国内外已经开发出多款四轮驱动小车的数学建模及仿真的应用领域和应用范围正逐渐拓宽, 对其移动的快速性和机动性要求也日益增强. 全方位四轮驱动小车由于具有平面运动的全部三个自由度, 前后、左右和自转, 理论上可以在任何角度以任何速度在小车所处平面上运动, 因此其移动的快速性和机动性要优于自由度少于3个的非全方位移动小车 , 并能够在狭窄有限的空间中工作 .目前, 比较成熟的全方位移动小车轨迹规划方法多是针对相对静态的环境 . 本课题研究实时动态环境下四轮全方位移动小车的运动建模和轨迹规划算法, 通过对小车运动学和动力学模型的分析, 提出了控制模型, 并通过简化有效减小了计算量; 同时, 利用最优控制相关理论提出了时间最优的轨迹生成算法。
1.3 本文所作的工作
本课题采用机理分析和实验测试相结合的方法，对前轮转向、后轮驱动的智能小车，建立了小车在平面上运动的双输入双输出模型。输入量选择智能小车的舵机控制信号和电机控制信号，分别控制车辆转向和前进速度，输出量选择智能小车任意时刻在平面上的坐标。具体做法是：首先通过机理分析得到小车的模型结构。对智能小车的转向、驱动等环节分别从理论上进行分析建模，并通过运动学分析建立智能小车的整车模型结构。其次通过实验测试估计模型中的未知参数。设计实验并编写程序控制小车运行，观测小车在不同输入下的响应结果，然后编写参数估计的程序，辨识模型参数。最后将所得模型的仿真结果和实际小车行驶情况进行对比，以进一步优化模型结构和模型辨识程序。
1.4 本文结构
第1章是绪论，介绍了本课题的背景，汽车理论和系统辨识的研究现状，本课题的研究方向和目的意义。
第2章是建立小车的模型，本章分为三个部分，分别对电机,舵机和车辆运动学进行理论分析，得到了智能小车的模型结构。
第3章是小车模型参数估计，本章通过测量某个智能小车的阶跃响应数据，运用最小二乘法分别对舵机模型、电机模型进行参数估计，得到小车模型。
第4章是模型验证，首先使用Simulink搭建模型并进行仿真，然后将模型仿真结果与小车实际运行情况作比较，验证模型的正确性。
第5章是结论与展望，对本文的研究结果做出总结，并提出进一步研究的发展方向。
第2章 建立小车模型
2.1 总述
该小车为一个前轮转向、后轮驱动的四轮小车，使用7.2V的Ni-Cd电池作为电源。小车的前轮为导向轮，由直流舵机控制前轮的偏转角度，实现小车转向。后轮为驱动轮，由直流电机带动后轮转动，从而驱动小车行进。后轮的方向和车身方向保持一致，不发生偏转。小车车身可假定为一个刚体，不考虑车身的上下跳动、俯仰、侧倾等状况。
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