铰接车辆在随动折腰时存在滞后性，特定工况下其转向特性还可能呈现非线性特征。为进一步提升矿山车辆铰接转向的操控性能，采用位置-速度双闭环结构对随动折腰过程进行协同控制，并根据横摆运动误差对随动目标进行实时补偿，在此基础上，针对差动转向构型，提出了一种基于多环嵌套的差动折腰转向策略。构建包含铰接矿车前、后车体水平运动及车轮旋转运动的8自由度非线性动力学模型，通过对其折腰转向过程的时域分析，确定系统位置和速度闭环控制参数，并基于控制器频率特性，对比分析单、双环控制下随动折腰系统的穿越频率、相位延迟以及带宽分布。在位置环的输入端，也即折腰参考位置的计算中，以车体实际横摆运动偏差为依据对驾驶员期望折腰位置进行正补偿，其中，横摆角速度参考点通过线性离散化的8自由度差动转向模型实时计算获得，由此形成了多环嵌套结构。基于MATLAB/Simulink数值仿真平台及分布式电驱动折腰转向比例样机实验平台，对折腰转向控制策略进行验证，结果表明：在良好路面上，与原单环控制相比，多环嵌套控制策略在5o、10o和15o的阶跃转向测试中，折腰角上升时间分别减少了56.8%，50%和51%，在幅值为10o、20o及30o且频率为0.8 Hz的正弦转向角输入测试中，相位延迟分别减小了75.6%，80.4%和75.4%，在稳定转向的同时，系统带宽得以提升；在低附着路面测试中，多环嵌套控制策略可使车辆在湿滑路面下的横向位置偏差减少56.8%，横摆角速度相位差减少40.3%，显示出比单环控制更好的轨迹跟踪能力。

1 铰接式转向车辆模型
2 基于多环嵌套的差动折腰转向
2.1 位置-速度双环控制
2.2 计及横摆运动的折腰补偿环
2.2.1 理想转向参考模型
2.2.2 前馈控制
2.2.3 反馈补偿控制
2.3 差动转向力矩的分配
3 仿真分析
3.1 良好路面
3.2 低附着路面
4 实验验证
5 结 论

吉志勇,武仲斌,任志勇,等.基于多环嵌套的矿山车辆铰接系统差动折腰转向控制策略[J/OL].煤炭学报,1-12[2024-09-12].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0466.