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基于carsim的分布式驱动汽车原地掉头功能仿真
技术背景
分布式驱动汽车原地掉头转向，这一技术主要依赖于两种不同的机制来实现。
一种是无转向系统的方式。这种方法常见于坦克等军事车辆，它们通过使两侧履带或车轮反向旋转来实现原地转向。比亚迪仰望U8也展示了类似的转向方式，但在高附着力路面上使用时，对轮胎、传动系统和路面会存在一定程度上的磨损。
另一种方式则是依赖于汽车的分布式转向系统，比如独立解耦的拉杆转向或主销转向机构。JEEP的一款概念车Hurricane，它采用了前后对称的结构设计，实现了零转弯半径的原地掉头功能。此方式轮胎在转向过程中不存在横向摩擦，因此可以在沥青路面上实现流畅的原地转向。这种设计需要对车辆的传动系统、悬架结构和转向机构进行复杂的调整和优化。同时，为了实现原地转向，同轴车轮需要反向转动，这就需要增加额外的离合器和差速器来控制车轮的动力传输。
针对无转向系统原地转向模式，对汽车原地转向时的运动过程进行分析，发现只要保证四个车轮中，左侧两车轮跟右侧两车轮的轮速相同方向相反，便可以实现汽车原地掉头这一功能。于是，为实现这一功能，通过采用PID控制器计算扭矩的方法，使得四个车轮的扭矩不断增加，直到轮速达到参考值为止，以此达到控制目标。
车辆通过常规转向模式能够完成绝大多数的转向或掉头任务，但是在实际道路的曲率半径小于车辆最小转弯半径时，由于物理运动限制，车辆无法完成这类转向任务。坦克掉头模式能够使车辆在某些道路的宽度仅支持车辆单向行驶，且该宽度必须大于前后轮轴距的道路上进行掉头转向动作。此模式下，保持每个轮的转角为零，通过控制系统控制每个车轮的扭矩，使得左侧车轮的转速与右侧车轮的转速相等，方向相反，以此实现车辆的原地掉头。图1是该模式下的运动学简图。
图1 原地掉头功能示意图
原地掉头控制原理
汽车实现原地掉头的机理在于对左、右两侧车轮的速度控制，控制目标是保证左、右轮轮速大小相等，方向相反。控制方法是采用控制器对每个车轮进行转速控制，进而计算出每个轮对应的扭矩控制量，单个计算周期内的扭矩计算如下：
其中
是PID控制参数，
是车轮参考速度，
是车轮实际速度。
CarSim-Simulink联合仿真步骤
本文将利用carsim和simulink联合仿真，对四个车轮的轮端扭矩进行独立解耦控制，进而实现车辆原地掉头功能。
1）配置CarSim中的车辆模型
在进入CarSim软件主页面时，操作主页的状态通常如下图所示：
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