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专利号: 2020106416660
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种全电驱分布式无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,其步骤在于,

S1:建立无人车路径跟踪分层运动学模型;所述分层运动学模型包括可由整车速度和前轴转角映射出整车位置和航向角状态量的上层运动学模型,以及可将整车速度和前轴转向角度映射到各自的四轮速度和四轮转角控制量的下层运动学模型;

S2:设计基于模型预测控制理论的路径跟踪控制器,将上层运动学模型作为模型预测控制算法的预测模型,搭建MPC路径跟踪控制器,建立预测方程,进行优化求解出最优控制量,并建立反馈机制,得到最优的路径跟踪控制量;同时设计基于自适应模糊PID控制理论的附加横摆力矩控制器,在线调整增量式PID控制算法中的参数,决策出控制所需的附加横摆力矩;引入加权系数,协调两个控制器的输出;

S3:设计基于确定性力矩和基于自适应模糊PID驱动防滑控制的最佳四轮力矩分配原则,重新分配每个车轮上的力矩,并对无人车的滑转率进行控制,精确的生成所需要的横摆力矩。

2.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述上层运动学模型的表达式为,

其中XG、YG为质心坐标,φ为无人车航向角,θ为无人车前轴中心转角,ω为无人车转向角速度,a为前轴到质心的距离;V为整车速度;将所述整车速度V与无人车前轴中心转角θ作为控制量。

3.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述下层运动学模型为四轮阿克曼转向模型,其各轮纵向速度Vi关于车速V与前轴中心转角θ的关系式为,

其中R为整车模型的转向半径;a、b为前、后轴到质心的距离;B为左右两侧轮轮距。

4.根据权利要求3所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述四轮阿克曼转向模型基于Carsim/Simulink的全电驱分布式无人车仿真平台建立;所述仿真平台包括由Simulink创建的独立驱动系统模型、独立转向系统模型、独立制动系统模型。

5.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,S2中对增量式PID控制算法调整的方程式为,Kp=Kp0+ΔKp

Ki=Ki0+ΔKi

Kd=Kd0+ΔKd

式中,Kp0、Ki0、Kd0为增量式PID控制器的初始参数;ΔKp、ΔKi、ΔKd为模糊控制器的三个输出参数,Kp、Ki、Kd为自适应模糊PID控制器的最终参数。

6.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述加权系数的定义如下,

T2=1

y1和y2为侧向偏差两个阈值;

基于该加权系数,航向角和横摆力矩控制为,θ=T1θ;ΔM=T2ΔM。

7.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述S3中确定性力矩与附加横摆力矩的关系式为,T1i=Oi+Miεm;

式中,

T1i为确定性力矩;Ttotal等于四个车轮经过上次控制由增量式PID控制产生的四轮力矩总和,r为车轮半径;εm为分布式无人车总横摆力矩;Ri为各车轮的转向半径。

8.根据权利要求1所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,S3中所述基于自适应PID算法的驱动防滑控制通过迅速降低对应轮毂电机的驱动力矩以控制车轮滑转率在目标范围内变化。

9.根据权利要求8所述的无人车路径跟踪与稳定性协调控制方法,其特征在于,所述基于自适应PID算法的驱动防滑采用逻辑门限值方法进行整车的驱动防滑控制,将最优滑转率设置为驱动防滑控制的阀值,控制车轮的实时滑转率,将驱动防滑控制后减小的输出力矩,转移至同侧滑转率小的车轮,若同侧另一车轮滑转率也超过阈值,则不进行力矩转移。