随着轮式车辆应用范围的扩大,人们对其性能提出了更高的要求。传统的轮式车辆存在着灵活性差、结构复杂、研发周期长、维护成本高等问题,限制了轮式车辆的应用。模块化车辆由四个集驱动、转向、减震、制动等系统于一体的电动轮组成,结构简单、各个车轮独立可控,可摆脱机械传动的束缚,实现全轮线控独立驱动和线控独立转向,能够完成更复杂的运动,如原地转向等,代表着未来的发展方向。本文来源于山东大学基本科研业务费资助项目自然科学专项:智能电动车轮及多轮集成技术(编号:2014JC037),以一体化电动轮及模块化车辆为研究对象,重点开展一体化电动轮控制技术和模块化四轮车辆转向控制技术的研究工作。本文第一部分阐述了一体化电动轮及模块化车辆原理样机的研制工作。首先介绍其机械结构:一体化电动轮由直行传动链、转向传动链、减震模组、刹车模组、控制模组五部分组成;模块化车辆由车架、四个一体化电动轮、电池、整车传感器、控制器等部件组成。随后针对项目要求及样机的机械结构,完成一体化电动轮及模块化车辆控制系统架构的研究:轮控制器主要是对单轮运动进行控制;车辆控制器主要是将整车运动指令转化为各轮运动指令。最后,完成关键零部件的选型。本文第二部分是一体化电动轮控制技术研究,主要包含驱动系统的转速控制以及转向系统的位置控制。首先推算出无刷直流电机的数学模型,随后引入自抗扰控制器,对电机的转角、转速分别加以控制,紧接着采用Simulink仿真软件对控制性能加以测试,并与PID控制器的效果进行比较。结果表明,无论是转速控制还是位置控制,自抗扰控制器都具有更优异的性能。本文第三部分是模块化四轮车辆转向控制技术的研究。首先推导出四轮车辆的动力学模型,随后针对车辆运行稳定的控制目标,提出质心偏侧角为0,横摆角速度保持不变的控制策略,并通过实时调节两前轮转角比例来控制质心偏侧角,引入滑模变结构算法来控制横摆角速度,最后通过Simulink仿真实验进行验证。结果表明滑模变结构控制能够取得理想的控制效果。