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基于四輪轉(zhuǎn)向和直接橫擺力矩控制的自主地面車輛LPV/H∞路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)

2022-03-01 20:37:54·  來(lái)源：同濟(jì)智能汽車研究所  
　
2.2. 多面體模型
由于車輛縱向速度和輪胎側(cè)偏剛度對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性有顯著影響，為使車輛獲得更好的動(dòng)態(tài)性能，這里基于時(shí)變但可測(cè)量或可觀察的參數(shù)構(gòu)建線性變參數(shù)（LPV）模型?？紤]到輪胎側(cè)偏剛度主要受路面摩擦系數(shù)的影響，因此可以將輪胎側(cè)偏剛度的不確定性轉(zhuǎn)化為路面摩擦系數(shù)的不確定性。因此，實(shí)際的前后輪胎側(cè)偏剛度可以表示為
和
，其中
為路面摩擦系數(shù)，
和
為前后輪胎的名義側(cè)偏剛度，因此輔助時(shí)變參數(shù)可選為
，
和
。表示參數(shù)變化的向量為
用于設(shè)計(jì)控制器的LPV系統(tǒng)可描述為：


其中






此外，矩陣
、
和
的仿射模型可以表示為


其中










由于
，變參向量有以下八種組合：


基于不同變參向量
，公式（11）為：


其中
表示最小或最大。
因此，控制系統(tǒng)（10）的具有八個(gè)頂點(diǎn)的多面體模型可以表示為：


其中
為八個(gè)頂點(diǎn)的權(quán)重，并且遵循以下條件



可以選擇為
的連續(xù)函數(shù)，與
的頂點(diǎn)值、測(cè)量或估計(jì)的車輛縱向速度和輪胎側(cè)偏剛度有關(guān)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，八個(gè)頂點(diǎn)的權(quán)重為(Jin et al., 2016)：


其中



3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1. 總體控制框架
4WIS-4WID EV的路徑跟蹤控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。路徑跟蹤控制系統(tǒng)主要由兩部分組成：（1）縱向運(yùn)動(dòng)控制；（2）側(cè)向和橫擺運(yùn)動(dòng)控制?？v向運(yùn)動(dòng)控制的目的是利用輪式電機(jī)產(chǎn)生的縱向力，使車輛達(dá)到理想的縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。期望縱向力由四個(gè)輪胎縱向力之和直接計(jì)算?？紤]到縱向運(yùn)動(dòng)控制不是路徑跟蹤控制的重點(diǎn)，本文主要研究了4WIS-4WID電動(dòng)汽車的側(cè)向和橫擺運(yùn)動(dòng)控制。側(cè)向和橫擺運(yùn)動(dòng)控制由4WS和DYC實(shí)現(xiàn)。利用所提出的LPV/H∞控制器計(jì)算了前、后轉(zhuǎn)向角信號(hào)和外橫擺力矩信號(hào)。然后，利用單軌模型的前后轉(zhuǎn)向角信號(hào)，根據(jù)Ackerman轉(zhuǎn)向幾何模型計(jì)算出每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向角。根據(jù)DYC的外橫擺力矩信號(hào)和縱向運(yùn)動(dòng)控制所需的縱向力，根據(jù)控制分配算法計(jì)算出各車輪的驅(qū)動(dòng)力矩。


圖3 4WIS-4WID電動(dòng)汽車路徑跟蹤控制系統(tǒng)圖
3.2 LPV/H∞控制器設(shè)計(jì)
對(duì)于控制器設(shè)計(jì)，在控制系統(tǒng)
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