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分布式驅(qū)動車輛軌跡跟蹤與穩(wěn)定性多智能體協(xié)同控制研究
當(dāng)車輛在高速行駛時突然轉(zhuǎn)向以躲避障礙物時，急劇轉(zhuǎn)動方向盤可能會導(dǎo)致車輛失去穩(wěn)定，從而發(fā)生側(cè)滑、側(cè)翻等危險情況。如果配備了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，它可以通過向車輛施加橫擺扭矩以降低車輛失穩(wěn)的風(fēng)險。
電動汽車根據(jù)驅(qū)動形式可分為：集中式驅(qū)動及分布式驅(qū)動。其中，后者具有底盤布置靈活、空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是其各輪轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可控，進(jìn)而可以通過合理的分配各輪的轉(zhuǎn)矩以調(diào)整車身位姿，在車輛有失穩(wěn)風(fēng)險時，抑制其失穩(wěn)趨勢，因此，分布式電驅(qū)動車輛是汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的天然載體。在穩(wěn)定性控制方面，分布式電驅(qū)動汽車通常采用分級控制結(jié)構(gòu)，分別優(yōu)化上層的橫擺力矩需求和下層的扭矩分布。
底盤作為車輛的關(guān)鍵組成部分，是實(shí)現(xiàn)動力學(xué)控制的核心，在底盤集成度不斷提高的趨勢下，對于整車集成控制發(fā)展而言，探索穩(wěn)定性控制及軌跡跟蹤兩者的協(xié)同控制具有深遠(yuǎn)影響。目前大部分研究均未考慮到穩(wěn)定性控制與軌跡跟蹤控制之間的協(xié)同，但是，該兩者之間的協(xié)同又是極其重要的研究點(diǎn)，其不僅對于提升車輛的安全性具有重要意義，且是底盤高度集成所不可缺少的一環(huán)。
因此，本文將以分布式電驅(qū)動車輛作為研究對象，研究分布式智能車輛軌跡跟蹤與穩(wěn)定性多智能體協(xié)同控制。首先，采用分層架構(gòu)設(shè)計了軌跡跟蹤與穩(wěn)定性的多智能體協(xié)同控制的框架，上層控制器基于博弈論解算得到在避障時同時兼顧軌跡跟蹤精度及車輛的穩(wěn)定性所需要施加的附加橫擺力矩，下層控制器則完成對上層控制器解算得到的附加橫擺力矩的跟蹤控制。
[1. 分布式驅(qū)動車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分析]
如圖1所示，對于前輪主動轉(zhuǎn)向車輛而言，其等速行駛時，在前輪角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為等速圓周行駛狀態(tài)，常用穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比來評價穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，該比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱為轉(zhuǎn)向靈敏度，以符號
表示。
車輛處于轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)時，橫擺角速度
為定值，此時
、
，代入車輛二自由度模型中，可得穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益表達(dá)式如下：
(1)
其中，L為前軸與后軸之間的距離；，稱其為穩(wěn)定性因數(shù)。
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