[發明專利]基于同軸式輪腿結構的主動姿態與全輪轉向協同控制方法

有效

• 申請號: 201811069795.6
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109204599B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 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;B64G1/16
• 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全地形搭載平臺的主動姿態控制方法，涉及車輛的自動控制領域。當車輛進入彎道時，陀螺儀采集車輛當前的運動狀態并將參數傳送到控制單元；其中側向加速度大于門限值時，車輛主動姿態與全輪轉向協同系統開始作用，利用車輛質心轉移，減小輪胎側向附著力；當控制單元判斷需要主動姿態調節介入時，將調用最優質心位置控制器計算得到此刻質心最佳位置，控制大臂舉升電機調節質心位置，而后經由車輛動力學模型得出相應的轉向角控制車輪轉向；在新一時刻，陀螺儀再次回傳車輛狀態至控制單元，車輛側向加速度判斷門限值，如此往復，直至車輛平穩駛出彎道。本發明使用主動姿態調節質心位置，對車輛有更好的操控。

技術領域

本發明涉及自動控制領域，具體為一種基于同軸式輪腿結構全地形搭載平臺的主動姿態控制方法。

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。為了適應野外復雜非鋪裝路面(戈壁、山地、干涸河床等)、復雜地質環境(冰面、雪地、泥地、沼澤、濕地、草原和沙漠等)，全地形搭載平臺應具備上述多種復雜地形與復雜地質環境行駛、惡劣氣候工作以及低環境足跡等能力，來彌補現有設備搭載平臺的技術缺陷。采用先進的技術手段提高搭載平臺相關性能至關重要。

在轉彎機動時，車輛的橫向穩定性和安全性是一組重要的性能指標。一些在ABS剎車系統基礎上研發的基于車身轉矩控制的主動控制系統已被廣泛地應用于現在汽車領域來提高車輛在轉彎時的橫向穩定性。然而制動力必然導致車輛速度的損失。這直接影響了車輛的操縱感受，并且增加了燃油的消耗。前輪線控轉向系統可以通過干預前輪的轉向角度來保持車輛在彎道的穩定,運用一種直接橫擺轉矩最優化控制方法，在車輛轉向時保持一定的不足轉向特性，同時減小了車輛的側偏角。最新研究表明包含主動后輪轉向的全輪轉向控制系統對車輛橫向穩定性、橫向靈敏度與橫向安全性有顯著的提高。本項目負責人的博士論文中提到在相同假設條件下，主動前輪轉向與全輪轉向的靈敏度、穩定性與安全性上的差異。

隨著無人駕駛技術的興起，路徑跟蹤控制逐漸被研究人員重視。由于全輪主動轉向在操縱靈敏度與穩定性上的優勢，全輪主動轉向技術被更多的應用于無人駕駛汽車與智能機器人路徑跟蹤方面的研究中。在國內多輪轉向系統多用于月球車等特種車輛與機器人的研究中。以月球車為基礎，研究了探測車在松軟的月球表面土壤上的轉向動力學問題,給出了六輪月球探測車的四輪轉向運動學計算公式，推導了探測車在松軟土壤上的四輪轉向動力學模型,并提出了合理的簡化方法。

綜上所述，現有研究不足之處體現為：對于現有轉向系統研究，多集中于轉向控制本身。在轉向過程中，忽略了車輛輪胎抓地力、車身質心偏移與橫向負載轉移變化對整車轉向性能的影響。對復雜地形條件，包括大滑移率與摩擦力分布不均勻的情況對輪胎模型相關參數的估計方法研究不深入。

發明內容

針對上述缺陷，本發明克服了現有技術存在的轉向控制沒有考慮車輛輪胎抓地力、車身質心偏移與橫向負載轉移變化對整車轉向性能的影響，提供了一種姿態與全輪轉向協同控制方法。

本發明采用的技術方案是：

基于同軸式輪腿結構的主動姿態與全輪轉向協同控制方法，包括：同軸式輪腿結構分別設置有四個大臂舉升電機、四個小臂轉向電機、四個輪轂電機、四個輪轂電機編碼器，車身設置有測量車狀態參數的陀螺儀和控制單元；

當車輛進入彎道時，陀螺儀采集車輛當前的運動狀態并將參數傳送到控制單元，判斷車輛側向加速度；

其中側向加速度a1有門限值a，當a1a時，可無需主動姿態調節即可保證車輛的穩定性；

當a1a時，車輛主動姿態與全輪轉向協同系統開始作用，利用車輛質心轉移，減小輪胎側向附著力,保證高速過彎的穩定性；