[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

本發明公開了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，包括：人機交互界面，用于輸入車輛控制信息；軟件架構，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；傳感器，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至軟件架構，以對控制過程進行反饋并在所述人機交互界面進行顯示；所述多個單輪控制模塊，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。本發明具有如下優點：提高了控制系統的自由度和安全裕度，且可以實現對車輛的能量最優的運動控制。

技術領域

本發明屬于四輪獨立驅動電動車控制系統設計領域，尤其涉及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。

背景技術

傳統地面車輛由于采用集中動力驅動和硬式機械傳動的轉向機構，自下而上地滿足了車輛轉彎的運動學關系，且僅有速度、轉彎半徑兩個控制變量，因而基于傳統車輛架構的控制系統較為簡單。然而，傳統車輛的結構約束了過多的自由度，無法實現偏航、車身指向保持不變的蛇形機動、以及指定任意轉向中心、包括原地轉向等操作；與此同時，動力系統采用差速器意味著四輪的動力分配只能滿足運動學，而不能滿足能量最優的運動控制。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出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，對車輛的控制滿足能量最優的運動控制。

為了實現上述目的，本發明的實施例公開了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，包括：人機交互界面，用于輸入車輛控制信息；軟件架構，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；傳感器，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進行顯示；所述多個單輪控制模塊，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。

進一步地，所述軟件架構運行在上位機上，每個所述單輪控制模塊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。

進一步地，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得到，所述其它參考信息包括根據自動駕駛系統得到的決策、經過傳感器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。

進一步地，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。

進一步地，所述基于駕駛模式的數據融合為根據選定的駕駛模式，將人機交互界面輸入和/或自動駕駛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。

進一步地，所述將人機交互界面輸入和/或自動駕駛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、自動駕駛系統的決策和傳感器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。

進一步地，通過人機交互界面所含的操縱設備的輸入，同時由人機交互界面通過機械振動、語音等形式向駕駛員反饋車輛的運動響應信息；其中，人機交互界面所含的操縱設備包括方向盤、踏板、操縱桿、觸摸屏和麥克風。