[發明專利]一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法

在審

• 申請號: 202210099586.6
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114454893A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 楊春雨;陳佳怡;張鑫;周林娜;馬磊;王國慶;代偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B60W50/00
• 分類號: B60W50/00;B60W40/064
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

1.一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立礦卡動力學模型；

步驟2、對礦區路面進行初步辨識，根據突變工況切換策略選擇估計初值；

步驟3、依據步驟2獲得的估計初值采用遞推最小二乘法進行參數估計值的計算；

步驟4、依據步驟3獲得的路面參數估計結果更新預測模型，根據預測控制方案計算出控制量。

2.如權利要求1所述的一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，其特征在于，步驟1中建立礦卡動力學模型的方法具體包括：

根據牛頓第二定律，建立三軸礦卡二自由度橫向動力學方程為：

其中，v_x為礦卡縱向速度，v_y、分別為礦卡橫向速度和橫向加速度，分別為礦卡橫擺角速度和橫擺角加速度，l_f、l_m、l_r分別為礦卡前、中和后車輪距離車輛質心的距離，m為礦卡整車質量；I_z為礦卡繞z軸的轉動慣量，F_yf、F_ym、F_yr分別為礦卡前、中和后軸側向力；

根據礦卡輪胎受力分析，礦卡前、中和后軸側向力分別為：

其中，n_f、n_m、n_r分別為礦卡前、中和后軸輪胎個數，δ_f為前輪偏角，F_yft、F_ymt、F_yrt分別為前、中和后單個輪胎側向力；

根據輪胎刷子模型，輪胎側向摩擦力為：

其中，C為輪胎剛度，α為輪胎側偏角，μ為礦區道路與輪胎的附著系數，F_z為輪胎法向力；

輪側偏角計算公式為：

其中，α_f、α_m、α_r分別為前輪、中輪和后輪的輪胎側偏角；

礦卡剛體運動學關系為：

其中，X、Y分別為礦卡在大地坐標系下的坐標，分別為礦卡在大地坐標系下的坐標的導，為車身與大地坐標軸的夾角；

聯立式(1)-(5)，設向量為狀態量，u＝δ_f為控制量，為輸出量，整理出三軸礦卡的二自由度動力學模型為：

其中，ξ、分別為礦卡狀態和狀態的導，f為與ξ、u之間的數學映射關系，g為η與ξ之間的數學映射關系。

3.如權利要求2所述的一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，其特征在于，步驟2中利用傳感器對礦區路面進行初步辨識，根據突變工況切換策略選擇估計初值的具體方法包括：

根據步驟1中建立的動力學模型設計合適的待估計參數θ為：

其中，下標i為輪胎位置，可為f、m、r，分別代表前輪、中輪和后輪，C_i為各位置輪胎的輪胎剛度；

根據不同道路工況的附著系數大小劃分高、中、低三種的路面工況類型，范圍建立預設道路附著系數庫μ₀，如：當礦卡運行在干燥瀝青混凝土路、干燥水泥混凝土路時，為高附著路面工況，預設附著系數為μ_h0；當礦卡運行在冰雪瀝青混凝土路、濕潤砂石路時，為低附著路面工況，預設附著系數為μ_l0；其余為中附著路面工況，預設附著系數為μ_m0；

礦卡環境感知模塊的傳感器可以預先感知道路類型，判斷出礦卡處于或即將處于高、中或者低附著道路工況，當感知模塊感知到工況突變時，采用突變工況切換策略，根據預設附著系數庫μ₀設置當前時刻，即k時刻的參數估計初值為：

其中，為上一時刻估計的各位置輪胎側偏剛度，下標j代表路面類型，可為h、m、l，分別代表高、中和低附著路面，μ_j0為各道路類型的預設附著系數；當不處于突變工況時，則采用上一時刻,即k-1時刻的估計結果作為k時刻估計初值，公式為：