四轮转向/驱动车辆的路径保持和车轮侧滑的控制方法

摘要

本发明的四轮转向/驱动车辆的路径保持和车轮侧滑的控制方法，包括：a).建立车体动态方程；b).建立车轮动态方程；c).建立摩擦力和力矩的关系式；d).建立纵向滑移率和侧向滑移率计算公式：e).建立路径保持方程；f).通过控制车轮滑移率，建立控制模型；g).设计状态反馈控制器：g-1).选取性能指标；g-2).求取矩阵和常数；g-3).设计控制器；h).获取车辆控制的车轮力矩和转向角。本发明的控制方法，通过控制车轮的纵向和侧向滑移率建立控制模型，可获取控制车辆的合适的车轮力矩和转向角，将车辆滑移率限制在一定范围内的同时，抑制了车辆扰动，保持了车辆按设定路径行驶，保证侧向偏离不超标。

主权项

1.一种四轮转向/驱动车辆的路径保持和车轮侧滑的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a).建立车体动态方程，建立如公式（1）所示的包括车体的纵向、侧向和横摆的车体动态方程：   =+（1）其中，和分别为车体的质量和转动惯量，为质心处的速度，为质心侧偏角，为横摆角速度，为空气动力学系数；，、和定义在车体坐标系中，分别表示车轮与路面之间的摩擦力和力矩； b).建立车轮动态方程，建立如公式（2）所示的车轮动态方程：（2）其中，，为车轮角速度，和分别表示车轮的转动惯量和有效半径，和为车轮力矩和转向角输入；c).建立摩擦力和力矩的关系式，建立如公式（3）所示的摩擦力、和力矩的求取公式：(3)其中，为四个车轮的垂向负载，摩擦参数是依赖和路面条件的饱和函数，、分别为纵向滑移率和侧向滑移率；为车轮距离车辆质心的横向距离，、分别为前车轮、后车轮距离车辆质心的纵向距离；d).建立滑移率计算公式，当车辆制动时，，通过公式（4）来求取车轮的纵向滑移率和侧向滑移率：（4）当车辆处于驱动状态时，，通过公式（5）来求取车轮的纵向滑移率和侧向滑移率：（5）其中，为车轮的转速，为车轮接触地面的速度；为车轮侧偏角，定义如下：，(6)公式（6）中，、为车轮速度沿、轴的分量；e).建立路径保持方程，建立如公式（7）所示的路径保持动态方程：（7）其中，为路径中心线与车辆纵向轴之间的夹角，是距离车辆质心为处的侧向偏离；为当前路径的曲率，其通过联合的GPS/GIS系统得到；f).建立控制模型，将车辆模型在操作点，处线性化；设车辆在一致路面上行驶，通过控制车轮滑移率来控制车轮的纵向、侧向运动，得到如公式（8）所示的控制模型：（8）其中：其中，，为相对速度；为车辆状态，为测量输出，其包括横摆角速度和侧向偏离；、为被控输出，表示阶单位矩阵；g).设计状态反馈控制器，如果车辆状态完全可测，则通过以下步骤建立车辆的状态反馈控制器：g-1).选取性能指标，选取合适的性能指标、和；其中，、均大于0，，为扰动的最大值；g-2).求取矩阵和常数，选取大于0的常数，求解满足线性矩阵不等式（9）的正定矩阵和大于0的常数；（9）其中，，，；g-3).设计控制器，建立如公式（10）所示的状态反馈控制器：（10）h).获取车辆控制输入，基于奇异扰动理论，通过公式（11）获取控制车辆运行的车轮力矩和转向角：（11）其中，，，；通过对车轮的力矩和转向角的控制，可将车辆的纵向滑移率和侧向滑移率控制在一定范围之内，保证车辆按照既定的路径行驶。