[go: up one dir, main page]

CN109292018A - 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法 - Google Patents

基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109292018A
CN109292018A CN201811068143.0A CN201811068143A CN109292018A CN 109292018 A CN109292018 A CN 109292018A CN 201811068143 A CN201811068143 A CN 201811068143A CN 109292018 A CN109292018 A CN 109292018A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
angle
side drift
drift angle
coaxial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811068143.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109292018B (zh
Inventor
马芳武
聂家弘
吴量
倪利伟
徐广健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201811068143.0A priority Critical patent/CN109292018B/zh
Publication of CN109292018A publication Critical patent/CN109292018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109292018B publication Critical patent/CN109292018B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/028—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members having wheels and mechanical legs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

本发明基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法,全地形搭载平台具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构，各车轮均设置有轮毂电机控制器；陀螺仪，GPS终端，轮毂电机编码器，控制单元；GPS终端持续将车辆当前位置传入控制单元，控制单元根据当前位置与预设轨迹，经三自由度运动学模型计算，得出横向误差与航向角偏差；若为低速，则利用反步法计算后轮转角与前轮转角；若为高速，则侧偏角估计器推断后轮侧偏角与前轮侧偏角，而后计算后轮转角与前轮转角；轮毂电机控制器，控制电机转动相应角度，车辆运动到达下一时刻位置，将此信号返回控制单元，继续比较与预设轨迹的横向误差与航向角偏差，如此反复。可解决复杂路面的轨迹跟踪精度问题。

Description

基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及车辆的自动控制领域，具体为基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法。
背景技术
随着我国工业水平、科技水平和人民生活水平的不断提高，多功能智能移动平台，尤其是全地形移动搭载平台，逐渐应用于众多行业之中。在勘探、搜救与侦查活动中，普通车辆越野能力不足，而特种车辆对环境破坏严重，难以在复杂地形及复杂天候条件下开展工作。因而本发明着眼于解决轮腿结构全地形搭载平台在复杂路面环境下的轨迹跟踪控制问题。
传统越野车辆及特种车辆在行进过程中，主要依赖驾驶员的驾驶技术。现如今智能汽车产业方兴未艾，对于特种车辆作业，实现无人化与智能化作业是必然趋势。现有研究多关注于特种机器人的运动学控制，对于车辆特性了解不足，因此在前期机器人运动控制在全地形移动平台上的适应性较差。车辆领域对于轨迹跟踪控制的研究较多，具体方法可分为经典控制、现代控制及智能控制。经典控制可解决的问题有限，现代控制依赖于状态空间及控制量的选择，而智能控制对VCU的实时计算能力要求相对较高。而在湿滑路面等野外复杂环境下的轨迹跟踪问题，现有研究较少，智能车辆的轨迹跟踪算法在复杂路面上常出现跟踪精度差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的全地形搭载平台存在的越野车辆无法实现智能驾驶、智能车辆较少考虑不同路面环境对轨迹跟踪精度的影响等问题，提供了一种适用于复杂路面的基于同轴式轮腿结构全地形搭载平台的四轮转向轨迹跟踪控制方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法，包括：全地形搭载平台具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构，各车轮均设置有轮毂电机控制器；车身设置有测量车状态参数的陀螺仪，GPS终端，轮毂电机编码器；还设置有控制单元；
在全地形搭载平台运动的过程中，车载GPS终端持续将车辆当前位置传入控制单元，控制单元根据当前位置与预设轨迹，经三自由度运动学模型计算，得出横向误差y与航向角偏差θ；
判断当前车速是否为高速，大于5m/s为高速；
若为低速，则利用反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF；
若为高速，则侧偏角对转向的影响无法忽略，须经侧偏角估计器推断后轮侧偏角βR与前轮侧偏角βF，而后计算后轮转角δR与前轮转角δF；
计算得到的后轮转角δR与前轮转角δF分别输入各自轮毂电机控制器，控制电机转动相应角度，车辆运动到达下一时刻位置，将此信号返回控制单元，继续比较与预设轨迹的横向误差与航向角偏差，如此反复。
所述的三自由度运动学模型计算式如下：
其中，δR为后轮转角，βR为后轮侧偏角，Vr为参考点速度，c(s)为曲率；
s为车辆当前位置与理想轨迹Г距离最近的点，即为该处沿着曲线切线方向的速度，y为车辆后轮与s点的横向位移偏差，为横向运动速度，θ为航向角偏差，为横摆角速度，L为车辆轴距，为简化公式，将其中设置两个中间变量，分别为λ1与λ2。
所述反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF的计算式如下：
其中，δF为前轮转角，δR为后轮转角；L为轴距，为航向角差值，为上一迭代航向角差值，为参考航向角差值，A为加权系数，Kd为调节参数。
C(S)是曲率，Kd2为调节参数；βF就是前轮侧偏角，βR就是后轮侧偏角；α＝1-C(S)y,α是中间变量。
由于采用了以上的技术方案，与现有技术相比本发明的有益效果是：传统轿车均为前轮转向，极少数配备后轮转向功能。本发明采用的四轮转向技术可适用在智能车上，通过使用四轮转向技术，可以减小转弯半径、提高车辆的灵活性与轨迹跟踪控制精度。
本发明应用反步法推导四轮转向的转角控制律，相比其他智能算法，运算量小，求解速度快，易于在全地形搭载平台上实现；通过不同路面条件下的侧偏角估计，可解决复杂路面的轨迹跟踪精度问题。
本发明采用侧偏角预测方法，同一车辆在不同附着系数的路面下行驶时(不同附着系数即为铺装路面与山地、丛林等路面的区别)，车轮的侧偏角各不相同，正是侧偏角导致车轮实际运动方向的差异，导致了跟踪精度的高低。通过行驶于不同路面时，对相应的侧偏角进行预测，可以使车辆主动适应不同路面，从而可以在山地、丛林行驶的更加稳定。
根据阿克曼转向定律，四轮转向具有更小的转弯半径，在极限情况下可横向行驶，因此灵活性增强。
低速时，根据反步法推导出的控制率可以解决该场景下的轨迹跟踪问题高速时，由于采用了高速侧偏角估计，因此可以保证较高的跟踪精度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1本发明同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法的流程图。
图2本发明同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法的三自由度运动学模型示意图。
具体实施方式
参见附图1和图2，对本发明进行进一步的详细描述。
本发明的基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法，包括：全地形搭载平台具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构，各车轮均设置有轮毂电机控制器；车身设置有测量车状态参数的陀螺仪，GPS终端，轮毂电机编码器；还设置有控制单元；
在全地形搭载平台运动的过程中，车载GPS终端持续将车辆当前位置传入控制单元，控制单元根据当前位置与预设轨迹，经三自由度运动学模型计算，得出横向误差y与航向角偏差θ；
判断当前车速是否为高速，大于5m/s为高速；
若为低速，则利用反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF；
若为高速，则侧偏角对转向的影响无法忽略，须经侧偏角估计器推断后轮侧偏角βR与前轮侧偏角βF，而后计算后轮转角δR与前轮转角δF；
计算得到的后轮转角δR与前轮转角δF分别输入各自轮毂电机控制器，控制电机转动相应角度，车辆运动到达下一时刻位置，将此信号返回控制单元，继续比较与预设轨迹的横向误差y与航向角偏差θ，如此反复。
所述控制流程，如图1所示。
上文所述三自由度运动学模型示意图，如图2所示。图中，Γ为理想轨迹，F为汽车前轮中心点，R为汽车后轮中心点，s为车辆当前位置与理想轨迹Г距离最近的点。
所述的三自由度运动学模型计算式如下：
其中，δR为后轮转角，βR为后轮侧偏角，Vr为参考点速度，c(s)为曲率；
s为车辆当前位置与理想轨迹Г距离最近的点，即为该处沿着曲线切线方向的速度，y为车辆后轮与s点的横向位移偏差，即为横向运动速度，θ为航向角偏差，为横摆角速度，L为车辆轴距，为简化公式，将其中设置两个中间变量，分别为λ1与λ2。
上文所述的反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF的计算式如下：
其中，δF为前轮转角，δR为后轮转角；L为轴距，为航向角差值，为上一迭代航向角差值，为参考航向角差值，A为加权系数，Kd为调节参数。
C(S)是曲率，Kd2为调节参数，这里可取值为0.1；β就是侧偏角下标F是front的缩写βF就是前轮侧偏角；下标R是rear的缩写，βR就是后轮侧偏角。
α＝1-C(S)y,α是中间变量，为简化公式带入的，无实际意义。
上文所述反步法是一种递归设计方法。主要思想是通过递归地构造闭环系统的Lyapunov函数获得反馈控制器，选取控制律使得Lyapunov函数沿闭环系统轨迹的导数具有某种性能，保证闭环系统轨迹的有界性和收敛到平衡点。为了得到后轮转角δR与前轮转角δF的表达式，反步法的推导过程可用下式表示：
令
则：
该公式要将s，y，m之间建立联系，所有上标，都是对原参数进行求导，对位移求导可以得到速度，对速度求导可以得到加速度，这属于行业通识。y是横向位移误差，y带上标就是横向速度。a1是纵向跟随点，a1带上标是纵向速度，a2是横向位移误差，a2带上标是横向速度，a3是推导出的中间变量，没有实际物理意义。

Claims (3)

1.一种基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：全地形搭载平台具有四个车轮，均采用同轴式轮腿结构，各车轮均设置有轮毂电机控制器；车身设置有测量车状态参数的陀螺仪，GPS终端，轮毂电机编码器，还设置有控制单元；
在全地形搭载平台运动的过程中，车载GPS终端持续将车辆当前位置传入控制单元，控制单元根据当前位置与预设轨迹，经三自由度运动学模型计算，得出横向误差y与航向角偏差θ；
判断当前车速是否为高速，大于5m/s为高速；
若为低速，则利用反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF；
若为高速，则侧偏角对转向的影响无法忽略，须经侧偏角估计器推断后轮侧偏角βR与前轮侧偏角βF，而后计算后轮转角δR与前轮转角δF；
计算得到的后轮转角δR与前轮转角δF分别输入各自轮毂电机控制器，控制电机转动相应角度，车辆运动到达下一时刻位置，将此信号返回控制单元，继续比较与预设轨迹的横向误差与航向角偏差，如此反复。
2.根据权利要求1所述的基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述的三自由度运动学模型计算式如下：
其中，δR为后轮转角，βR为后轮侧偏角，Vr为参考点速度，c(s)为曲率；s为车辆当前位置与理想轨迹Г距离最近的点，即为该处沿着曲线切线方向的速度，y为车辆后轮与s点的横向位移偏差，为横向运动速度，θ为航向角偏差，为横摆角速度，L为车辆轴距，为简化公式，将其中设置两个中间变量，分别为λ1与λ2。
3.根据权利要求2所述的基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述反步法计算后轮转角δR与前轮转角δF的计算式如下：
其中，δF为前轮转角，δR为后轮转角；L为轴距，为航向角差值，为上一迭代航向角差值，为参考航向角差值，A为加权系数，Kd为调节参数；
C(S)是曲率，Kd2为调节参数，可取值为0.1；βF就是前轮侧偏角，βR就是后轮侧偏角；α＝1-C(S)y,α是中间变量。
CN201811068143.0A 2018-09-13 2018-09-13 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法 Expired - Fee Related CN109292018B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811068143.0A CN109292018B (zh) 2018-09-13 2018-09-13 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811068143.0A CN109292018B (zh) 2018-09-13 2018-09-13 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109292018A true CN109292018A (zh) 2019-02-01
CN109292018B CN109292018B (zh) 2021-01-12

Family

ID=65166818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811068143.0A Expired - Fee Related CN109292018B (zh) 2018-09-13 2018-09-13 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109292018B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109292019A (zh) * 2018-09-13 2019-02-01 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法
CN112519882A (zh) * 2019-09-17 2021-03-19 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆参考轨迹跟踪方法及系统
CN113911107A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 深圳佑驾创新科技有限公司 一种车辆四轮转向控制方法及装置
US11429114B2 (en) * 2020-02-14 2022-08-30 Deere & Company Implement control of vehicle and implement combination

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104977933A (zh) * 2015-07-01 2015-10-14 吉林大学 一种自主驾驶车辆的区域型路径跟踪控制方法
CN106926840A (zh) * 2017-03-13 2017-07-07 北京理工大学 一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统
CN107161207A (zh) * 2017-05-08 2017-09-15 江苏大学 一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统及控制方法
CN107933731A (zh) * 2017-11-23 2018-04-20 吉林大学 同轴式全地形轮腿移动机器人
DE102017119507A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Hyundai Motor Company Verfahren zur variablen Steuerung des Schwimmwinkels eines Fahrzeuges mit einem Hinterradlenksystem
CN109204599A (zh) * 2018-09-13 2019-01-15 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法
CN109292019A (zh) * 2018-09-13 2019-02-01 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104977933A (zh) * 2015-07-01 2015-10-14 吉林大学 一种自主驾驶车辆的区域型路径跟踪控制方法
DE102017119507A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Hyundai Motor Company Verfahren zur variablen Steuerung des Schwimmwinkels eines Fahrzeuges mit einem Hinterradlenksystem
CN106926840A (zh) * 2017-03-13 2017-07-07 北京理工大学 一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统
CN107161207A (zh) * 2017-05-08 2017-09-15 江苏大学 一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统及控制方法
CN107933731A (zh) * 2017-11-23 2018-04-20 吉林大学 同轴式全地形轮腿移动机器人
CN109204599A (zh) * 2018-09-13 2019-01-15 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法
CN109292019A (zh) * 2018-09-13 2019-02-01 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁晶鑫: "基于CarSim的智能车辆路径跟踪控制算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
马芳武等: "轮腿式全地形移动机器人位姿闭环控制", 《吉林大学学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109292019A (zh) * 2018-09-13 2019-02-01 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法
CN109292019B (zh) * 2018-09-13 2021-05-28 吉林大学 基于同轴式轮腿结构的全地形车主动车身姿态控制方法
CN112519882A (zh) * 2019-09-17 2021-03-19 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆参考轨迹跟踪方法及系统
CN112519882B (zh) * 2019-09-17 2022-02-22 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆参考轨迹跟踪方法及系统
US11429114B2 (en) * 2020-02-14 2022-08-30 Deere & Company Implement control of vehicle and implement combination
CN113911107A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 深圳佑驾创新科技有限公司 一种车辆四轮转向控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109292018B (zh) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109795502B (zh) 智能电动汽车路径跟踪模型预测控制方法
CN107867290B (zh) 一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞分层式控制方法
Pérez et al. Cascade architecture for lateral control in autonomous vehicles
CN111497826B (zh) 一种电动汽车横摆稳定性协调控制方法及系统
CN106515722B (zh) 一种垂直泊车轨迹规划方法
CN108732921B (zh) 一种自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制方法
CN109292018A (zh) 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法
CN107839683B (zh) 一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞控制方法
CN112462760B (zh) 一种双舵轮agv路径跟踪方法
CN104977933A (zh) 一种自主驾驶车辆的区域型路径跟踪控制方法
CN110851916B (zh) 适用于任意曲率道路的车辆运动学人-车-路闭环系统
CN112572411A (zh) 一种考虑轮胎侧偏特性的车辆底盘协调控制方法及系统
CN110481343A (zh) 四轮轮毂电机驱动汽车力矩补偿的组合二阶滑模控制方法
CN110096748B (zh) 一种基于车辆运动学模型的人-车-路模型建模方法
CN110525436A (zh) 车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质
CN110641465A (zh) 一种基于车速的车道保持系统和方法
CN112092645B (zh) 一种分布式驱动电动汽车的经济型横向稳定性控制方法
CN107323457B (zh) 一种人机协同的共享转向控制方法
CN107499378A (zh) 四轮独立转向电动车辆四轮转向‑前/后轮转向动态切换方法
CN115489594A (zh) 一种纯跟踪智能车路径跟随控制方法
CN114896694A (zh) 一种基于两点预瞄的路径跟踪控制方法
CN110362088B (zh) 一种适用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法
CN111661048B (zh) 多铰接式车辆及其轨迹跟随控制方法与系统
CN114044003B (zh) 前后双轴转向车辆的循迹控制方法
CN114179818A (zh) 基于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210112

Termination date: 20210913