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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(chē)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(chē)研究所  
　
圖13 單車(chē)道變換仿真中的外部橫擺力矩


圖14 單車(chē)道變換仿真中的橫向速度


圖15 單車(chē)道變換仿真中的橫擺角速度
4.2. 環(huán)形路徑操控
在環(huán)形路徑控中，驗(yàn)證了4WS+DYC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，并與AFS、AFS+DYC、4WS+DYC進(jìn)行了比較。以恒定速度20m/s行駛的車(chē)輛突然進(jìn)入半徑為115m的環(huán)形軌道，路面摩擦系數(shù)為0.8。需要注意的是，四種控制系統(tǒng)的路徑跟蹤控制器均采用LPV/H∞控制器。
圖16顯示了四種控制系統(tǒng)在環(huán)形路徑仿真情況下的路徑跟蹤結(jié)果，可以明顯看出AFS的跟蹤誤差最大。此外，橫向位置誤差和航向角誤差分別如圖17和圖18所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，4WS+DYC的橫向位置誤差和偏航角誤差最小，收斂速度最高，這意味著4WS+DYC在四個(gè)控制系統(tǒng)中具有最好的路徑跟蹤性能。此外，可以看出，4WS的路徑跟蹤性能優(yōu)于AFS+DYC，這是由于4WS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)后輪轉(zhuǎn)向，有效地減小了車(chē)輛的側(cè)滑角，從而減小了路徑跟蹤誤差。
控制變量前后轉(zhuǎn)向角和外部橫擺力矩的仿真結(jié)果如圖19~21所示。圖22顯示了橫向速度的變化，從中可以看出，4WS+DYC可以使橫向速度快速減小至零。相比之下，AFS和AFS+DYC橫向速度較大，會(huì)使操縱穩(wěn)定性變差，而4WS的收斂速度較慢。圖23顯示了車(chē)輛的橫擺角速度。


圖16 環(huán)形路徑仿真中的路徑跟蹤結(jié)果


圖17 環(huán)形路徑仿真中的橫向位置誤差


圖18 環(huán)形路徑仿真中的偏航角度誤差


圖19 環(huán)形路徑模擬中的前轉(zhuǎn)向角


圖20 環(huán)形路徑模擬中的后轉(zhuǎn)向角


圖21 環(huán)形路徑模擬中的外部橫擺力矩


圖22 環(huán)形路徑模擬中的橫向速度


圖23 環(huán)形路徑模擬中的橫擺角速度

5 結(jié)論
本文提出了一種4WIS-4WID電動(dòng)汽車(chē)的路徑跟蹤控制方法。以橫向位置誤差和航向角誤差為性能指標(biāo)，建立了路徑跟蹤數(shù)學(xué)模型。為了減小車(chē)輛模型不確定性的影響，利用LPV方法將路徑跟蹤模型轉(zhuǎn)化為具有八個(gè)頂點(diǎn)的多面體模型?；贚MI方法，設(shè)計(jì)高水平的LPV/H∞ 控制器用于4WIS-4WID電動(dòng)汽車(chē)的路徑跟蹤。下層控制器用于分配左右兩側(cè)車(chē)輪之間扭矩，產(chǎn)生所需的總縱向力和外部橫擺力矩?；谠贑arSim中構(gòu)建的高精度整車(chē)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，評(píng)估所設(shè)計(jì)控制器的有效性并比較不同控制系統(tǒng)的性能，即AFS、AFS+DYC、4WS和4WS+DYC。仿真結(jié)果表明，與固定增益H∞控制器相比，LPV/H∞控制器在低附著系數(shù)路面上具有更大的控制潛力。4WS+DYC控制系統(tǒng)具有更好的路徑跟蹤性能和操縱穩(wěn)定性。未來(lái)將對(duì)所提出的路徑跟蹤控制方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

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