[發明專利]四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統

有效

• 申請號: 201710758764.0
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107505941B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 楊昊光;趙雪軒;朱子霖;施炯明;鄭鋼鐵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

1.一種四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，包括：

人機交互界面(1-1)，用于輸入車輛控制信息；

軟件架構(1-3)，用于所述車輛控制信息得到多個車輪控制信息，并將所述多個車輪控制信息發送給多個單輪控制模塊(1-11)，其中，所述多個車輪控制信息是根據所述車輛控制信息和其它參考信息通過基于駕駛模式的數據融合(1-6)得到，所述其它參考信息包括根據自動駕駛系統(1-5)得到的決策、經過傳感器(1-4)得到的車輛運動信息與車輛性能包線的比較、駕駛模式的選擇與切換；

所述傳感器(1-4)，用于采集車輛的行車狀態信息和周圍環境信息，并將所述車輛的行車狀態信息和周圍環境信息發送給所述人機交互界面(1-1)進行顯示；

所述多個單輪控制模塊(1-11)，用于根據所述多個車輪控制信息一一對應地控制相應的車輪動作。

2.根據權利要求1所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述軟件架構(1-3)運行在上位機上，每個所述單輪控制模塊(1-11)通過嵌入式硬件與所述上位機進行通訊，并受所述上位機控制。

3.根據權利要求1所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述車輛性能包線通過綜合每個車輪的最大輸出力矩-轉速曲線、最快轉向角速度、最大制動力矩、懸架的動力學模型、輪胎模型等得到的整車各個自由度的二階量與一階量和零階量之間的關系；

其中，所述二階量包括車身的加速度、角加速度，所述一階量和零階量包括車身的線速度、角速度、角度、各車輪轉向角。

4.根據權利要求1所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述基于駕駛模式的數據融合(1-6)為根據選定的駕駛模式，將人機交互界面輸入(1-2)和/或自動駕駛(1-5)輸入轉換成相應駕駛模式下的車輛運動目標量；

其中，所述車輛運動目標量包括車輛質心軌跡的瞬時曲率中心、車輛偏航角速度和車輛質心的運動速度。

5.根據權利要求4所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述將人機交互界面輸入(1-2)和/或自動駕駛(1-5)輸入轉換成相應駕駛模式下的車輛運動目標量包括：

根據人通過人機交互界面輸入(1-2)、自動駕駛系統(1-5)的決策和傳感器(1-4)獲得的車輛運動數據，與車輛性能包線作比較，對人的輸入和自動駕駛系統的輸入進行加權，生成所述車輛運動目標量。

6.根據權利要求1所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，通過人機交互界面(1-1)所含的操縱設備的輸入(1-2)，同時由人機交互界面(1-1)通過機械振動、語音等形式向駕駛員反饋車輛的運動響應信息(1-7)；

其中，人機交互界面(1-1)所含的操縱設備包括方向盤、踏板、操縱桿、觸摸屏和麥克風。

7.根據權利要求1所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述軟件架構(1-3)通過基于車輛動力學模型的控制算法(1-8)得到所述多個車輪控制信息，其中，所述基于車輛動力學模型的控制算法(1-8)包括：

根據車輛運動目標量和車輛真實的運動狀態的反饋，由車輛動力學模型計算得出使真實運動狀態收斂到車輛運動目標量所需的各個車輪的動力學量，如再根據單輪控制模塊反饋的信息(1-9)和電動機模型，得到每個車輪的狀態量，并以所有車輪滾動角速度和車輪轉向角度數據合成車輛真實的運動狀態；

其中，所述各個車輪的動力學量包括每個車輪的轉矩、轉速和轉向角。

8.根據權利要求7所述的四輪獨立驅動獨立轉向電動車的集中-分布式控制系統，其特征在于，所述車輛動力學模型是根據車輛質量和慣量、質心坐標、車輪坐標、車輪模型等物理特征，按照牛頓第二定律建立的二階微分方程組，建立每個車輪的控制目標與整車運動狀態的控制目標間的對應關系。