[發明專利]基于同軸式輪腿結構的四輪轉向軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201811068143.0
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109292018B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 馬芳武;聶家弘;吳量;倪利偉;徐廣健
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B62D57/028
• 分類號: B62D57/028;B62D15/00
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 石岱

本發明基于同軸式輪腿結構的四輪轉向軌跡跟蹤控制方法,全地形搭載平臺具有四個車輪，均采用同軸式輪腿結構，各車輪均設置有輪轂電機控制器；陀螺儀，GPS終端，輪轂電機編碼器，控制單元；GPS終端持續將車輛當前位置傳入控制單元，控制單元根據當前位置與預設軌跡，經三自由度運動學模型計算，得出橫向誤差與航向角偏差；若為低速，則利用反步法計算后輪轉角與前輪轉角；若為高速，則側偏角估計器推斷后輪側偏角與前輪側偏角，而后計算后輪轉角與前輪轉角；輪轂電機控制器，控制電機轉動相應角度，車輛運動到達下一時刻位置，將此信號返回控制單元，繼續比較與預設軌跡的橫向誤差與航向角偏差，如此反復。可解決復雜路面的軌跡跟蹤精度問題。

技術領域

本發明涉及車輛的自動控制領域，具體為基于同軸式輪腿結構的四輪轉向軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

隨著我國工業水平、科技水平和人民生活水平的不斷提高，多功能智能移動平臺，尤其是全地形移動搭載平臺，逐漸應用于眾多行業之中。在勘探、搜救與偵查活動中，普通車輛越野能力不足，而特種車輛對環境破壞嚴重，難以在復雜地形及復雜天候條件下開展工作。因而本發明著眼于解決輪腿結構全地形搭載平臺在復雜路面環境下的軌跡跟蹤控制問題。

傳統越野車輛及特種車輛在行進過程中，主要依賴駕駛員的駕駛技術。現如今智能汽車產業方興未艾，對于特種車輛作業，實現無人化與智能化作業是必然趨勢。現有研究多關注于特種機器人的運動學控制，對于車輛特性了解不足，因此在前期機器人運動控制在全地形移動平臺上的適應性較差。車輛領域對于軌跡跟蹤控制的研究較多，具體方法可分為經典控制、現代控制及智能控制。經典控制可解決的問題有限，現代控制依賴于狀態空間及控制量的選擇，而智能控制對VCU的實時計算能力要求相對較高。而在濕滑路面等野外復雜環境下的軌跡跟蹤問題，現有研究較少，智能車輛的軌跡跟蹤算法在復雜路面上常出現跟蹤精度差等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的全地形搭載平臺存在的越野車輛無法實現智能駕駛、智能車輛較少考慮不同路面環境對軌跡跟蹤精度的影響等問題，提供了一種適用于復雜路面的基于同軸式輪腿結構全地形搭載平臺的四輪轉向軌跡跟蹤控制方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

基于同軸式輪腿結構的四輪轉向軌跡跟蹤控制方法，包括：全地形搭載平臺具有四個車輪，均采用同軸式輪腿結構，各車輪均設置有輪轂電機控制器；車身設置有測量車狀態參數的陀螺儀，車載GPS終端，輪轂電機編碼器；還設置有控制單元；

在全地形搭載平臺運動的過程中，車載GPS終端持續將車輛當前位置傳入控制單元，控制單元根據當前位置與預設軌跡，經三自由度運動學模型計算，得出橫向誤差y與航向角偏差θ；

判斷當前車速是否為高速，大于5m/s為高速；

若為低速，則利用反步法計算后輪轉角δ_R與前輪轉角δ_F；

若為高速，則側偏角對轉向的影響無法忽略，須經側偏角估計器推斷后輪側偏角β_R與前輪側偏角β_F，而后計算后輪轉角δ_R與前輪轉角δ_F；

計算得到的后輪轉角δ_R與前輪轉角δ_F分別輸入各自輪轂電機控制器，控制電機轉動相應角度，車輛運動到達下一時刻位置，將此信號返回控制單元，繼續比較與預設軌跡的橫向誤差與航向角偏差，如此反復。

所述的三自由度運動學模型計算式如下：