兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3279-3294.doi: 10.12382/bgxb.2023.0775
所属专题: 群体协同与自主技术
潘博1,2, 李胜飞1,2, 汪洋1,2,*(), 谭森起1,2, 张乃斯1,2, 罗天1,2, 崔星1,2
收稿日期:
2023-08-21
上线日期:
2023-11-01
通讯作者:
基金资助:
PAN Bo1,2, LI Shengfei1,2, WANG Yang1,2,*(), TAN Senqi1,2, ZHANG Naisi1,2, LUO Tian1,2, CUI Xing1,2
Received:
2023-08-21
Online:
2023-11-01
摘要:
包络线控制起源于航空航天工业,它提供了飞行状态的安全保障和机动边界,为飞行器控制带来了良好效果。基于8×8多轴分布式驱动无人车辆和包络线方法核心思想,提出一种将车辆推向极限的整车动力学控制器。通过建立轮胎滑移圆提出一种新的方法以用于评估车辆驱动力状态,并将轮胎滑移状态与车辆“g-g”图相结合,用来实现无人驾驶状态下逼近车辆操纵能力极限,发挥车辆动力性能与灵活性能,同时确保在轨迹跟踪时的跟踪精度,精准高效地完成平台任务。考虑外界环境不确定扰动与因素变化对极限状态下车辆稳定性影响,基于车辆横向动力学模型的稳定特性分析,获得不同条件下稳定域相平面,并探索其变化机理、归纳数学描述表达式。通过对车辆稳定相平面的分析,提出以车辆横摆力矩为输出的稳定保持控制器。针对上层控制器驱动力与横摆力矩的输出,设计下层转矩分配控制策略,通过冗余执行器的最优分配实现整车性能发挥。整车集成控制策略部署于一辆8×8原型试验车辆,在越野路面上进行多项科目测试,试验结果表明:在高速条件下,无人车在轨迹跟踪中具有更好的动力性能和安全性能。
中图分类号:
潘博, 李胜飞, 汪洋, 谭森起, 张乃斯, 罗天, 崔星. 多轴分布式驱动无人车辆极限操纵状态整车集成控制方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3279-3294.
PAN Bo, LI Shengfei, WANG Yang, TAN Senqi, ZHANG Naisi, LUO Tian, CUI Xing. Integrated Control Method of Multi-axle Distributed Driving Unmanned Ground Vehicle in Handling Limit[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(11): 3279-3294.
参数 | 含义 |
---|---|
Fxwij,Fywij,Fzwij | 轮胎坐标系下每个轮胎的纵、横、垂向力 |
Fxij,Fyij | 大地坐标系下每个轮胎的纵、横向力 |
vx, vy, vz, ωx, ωy, ωz | 车辆质心x轴、y轴、z轴方向的速度与角速度 |
m,ax, ay, mc, l1, l2 | 整车质量、车辆纵向加速度、车辆横向加速度、车身质量、侧倾中心与质心之间高度、俯仰中心与质心之间高度 |
Fsij, Fssij, Fsdij | 悬架力、静态悬架力、动态悬架力 |
δij, B, Li | 转向角、轮距、车轴与质心之间距离 |
Ix, Iy, Iz | 车身x轴、y轴、z轴方向的转动惯量 |
β, θ, ϕ | 车身质心的侧偏角、侧倾角、横摆角 |
αs, CD, A, ρ, f | 路面坡度、风阻系数、迎风面积、空气密度、轮胎滚动阻力系数 |
Je, Tij, Re, ωij | 滚动力矩、驱动力矩、轮胎半径、轮胎转速 |
zs, zw | 悬架变形量(位移)、轮胎垂向位移 |
表1 动力学模型参数含义注释
Table 1 Signification of symbols in vehicle model equation
参数 | 含义 |
---|---|
Fxwij,Fywij,Fzwij | 轮胎坐标系下每个轮胎的纵、横、垂向力 |
Fxij,Fyij | 大地坐标系下每个轮胎的纵、横向力 |
vx, vy, vz, ωx, ωy, ωz | 车辆质心x轴、y轴、z轴方向的速度与角速度 |
m,ax, ay, mc, l1, l2 | 整车质量、车辆纵向加速度、车辆横向加速度、车身质量、侧倾中心与质心之间高度、俯仰中心与质心之间高度 |
Fsij, Fssij, Fsdij | 悬架力、静态悬架力、动态悬架力 |
δij, B, Li | 转向角、轮距、车轴与质心之间距离 |
Ix, Iy, Iz | 车身x轴、y轴、z轴方向的转动惯量 |
β, θ, ϕ | 车身质心的侧偏角、侧倾角、横摆角 |
αs, CD, A, ρ, f | 路面坡度、风阻系数、迎风面积、空气密度、轮胎滚动阻力系数 |
Je, Tij, Re, ωij | 滚动力矩、驱动力矩、轮胎半径、轮胎转速 |
zs, zw | 悬架变形量(位移)、轮胎垂向位移 |
参数 | 含义 | 数值 |
---|---|---|
CD | 整车空气阻力系数 | 0.45 |
f | 轮胎地面阻力系数 | 0.4 |
ku | 纵向速度误差反馈系数 | 4000 |
kκ | 纵向滑移误差反馈系数 | 6150 |
kα | 纵向侧偏误差反馈系数 | 4230 |
kno-slip | 纵向非滑移误差反馈系数 | 2500 |
ke | 横向误差系数 | 1390 |
kΔψ | 航向误差系数 | 545 |
Kqd | 稳定性反馈系数 | 1320 |
q | 稳定性权重矩阵系数 | 0.3 |
rfd | 稳定性反馈控制权重系数 | 0.355 |
表2 仿真与外场试验测试主要参数
Table 2 Main parameters for simulation and experiment
参数 | 含义 | 数值 |
---|---|---|
CD | 整车空气阻力系数 | 0.45 |
f | 轮胎地面阻力系数 | 0.4 |
ku | 纵向速度误差反馈系数 | 4000 |
kκ | 纵向滑移误差反馈系数 | 6150 |
kα | 纵向侧偏误差反馈系数 | 4230 |
kno-slip | 纵向非滑移误差反馈系数 | 2500 |
ke | 横向误差系数 | 1390 |
kΔψ | 航向误差系数 | 545 |
Kqd | 稳定性反馈系数 | 1320 |
q | 稳定性权重矩阵系数 | 0.3 |
rfd | 稳定性反馈控制权重系数 | 0.355 |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
doi: 10.1109/TVT.25 URL |
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
doi: 10.1142/S2301385023500176 URL |
[8] |
doi: 10.1109/MITS.5117645 URL |
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1016/j.jterra.2021.03.003 URL |
[11] |
doi: 10.1007/s11227-022-04565-6 |
[12] |
doi: 10.1002/rob.v23:9 URL |
[13] |
doi: 10.1080/00423114.2018.1537494 URL |
[14] |
doi: 10.1109/TVT.2022.3196315 URL |
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
doi: 10.1109/TITS.2021.3086397 URL |
[18] |
doi: 10.1109/OJITS.2022.3181510 URL |
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
doi: 10.1109/TCST.87 URL |
[22] |
胡宇辉, 王旭, 胡家铭, 等. 越野环境下无人驾驶车辆技术研究综述[J]. 北京理工大学学报, 2021, 41(11): 1137-1144.
|
|
|
[23] |
刘忠泽, 陈慧岩, 崔星, 等. 无人平台越野环境下同步定位与地图创建[J]. 兵工学报, 2019, 40(12): 2399-2406.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.12.002 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.12.002 |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
胡家铭, 胡宇辉, 陈慧岩, 等. 基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(3): 11-18.
|
|
|
[28] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2019.01.005 URL |
[29] |
付苗苗. 高速无人车辆极限包络特性与轨迹跟踪方法研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2016.
|
|
|
[30] |
解云鹏. 极限工况下无人驾驶车辆运动控制策略研究[D]. 镇江: 江苏大学, 2021.
|
|
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
刘明春. 8×8轮毂电机驱动车辆操纵稳定性分析与控制研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2015.
|
|
[1] | 刘江涛, 周乐来, 李贻斌. 复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 166-183. |
[2] | 李兆冬, 赵熙俊, 杨婷婷, 齐晓隆, 周昌仪, 张立明. 越野环境下高精地图关键技术和应用展望[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 1-11. |
[3] | 许鹏, 赵建新, 范文慧, 邱天奇, 江磊, 梁振杰, 刘宇飞. 四足机器人特定复杂运动技能控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 135-145. |
[4] | 李曹妍, 郭振川, 郑冬冬, 魏延岭. 基于分布式模型预测控制的多机器人协同编队[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 178-190. |
[5] | 何强, 刘后刚, 邹波, 吕布, 陈续麟, 段昱. 智能无人车辆混合储能系统选配与参数优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2791-2801. |
[6] | 卢佳兴, 刘海鸥, 关海杰, 李德润, 陈慧岩, 刘龙龙. 基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 960-971. |
[7] | 李作轩, 贾良跃, 郝佳, 王超, 王国新, 明振军, 阎艳. 基于多工况关联的无人车辆车身结构轻量化优化设计[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3529-3542. |
[8] | 孔国杰, 冯时, 于会龙, 巨志扬, 龚建伟. 无人集群系统协同运动规划技术综述[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 11-26. |
[9] | 唐泽月, 刘海鸥, 薛明轩, 陈慧岩, 龚小杰, 陶俊峰. 基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 129-139. |
[10] | 宋佳睿, 陶刚, 李德润, 臧政, 吴绍斌, 龚建伟. 参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 84-97. |
[11] | 谭颖琦, 许景懿, 熊光明, 李子睿, 陈慧岩. 基于轨迹规划与CNN-LSTM预测的履带式混合动力无人平台能量管理优化[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2738-2748. |
[12] | 李睿, 项昌乐, 王超, 范晶晶, 刘春林. 自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1128-1137. |
[13] | 邓海鹏, 麻斌, 赵海光, 吕良, 刘宇. 自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 585-594. |
[14] | 杜广泽, 张旭东, 邹渊, 郑壮壮. 非结构道路场景下轮式无人车辆避障算法[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 2096-2105. |
[15] | 钱前, 张爱华, 孙艺瑕. 事件驱动多关节机械臂轨迹跟踪自适应鲁棒控制[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1732-1739. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||