Trajectory Tracking of Autonomous Vehicle with the Fusion of DYC and Longitudinal–Lateral Control

The current research of autonomous vehicle motion control mainly focuses on trajectory tracking and velocity tracking. However, numerous studies deal with trajectory tracking and velocity tracking separately, and the yaw stability is seldom considered during trajectory tracking. In this research, a combination of the longitudinal–lateral control method with the yaw stability in the trajectory tracking for autonomous vehicles is studied. Based on the vehicle dynamics, considering the longitudinal and lateral motion of the vehicle, the velocity tracking and trajectory tracking problems can be attributed to the longitudinal and lateral control. A sliding mode variable structure control method is used in the longitudinal control. The total driving force is obtained from the velocity error in order to carry out velocity tracking. A linear time-varying model predictive control method is used in the lateral control to predict the required front wheel angle for trajectory tracking. Furthermore, a combined control framework is established to control the longitudinal and lateral motions and improve the reliability of the longitudinal and lateral direction control. On this basis, the driving force of a tire is allocated reasonably by using the direct yaw moment control, which ensures good yaw stability of the vehicle when tracking the trajectory. Simulation results indicate that the proposed control strategy is good in tracking the reference velocity and trajectory and improves the performance of the stability of the vehicle.

基于后轮转向与制动协同的车辆操控性可调控制方法研究

为解决后轮转向与制动协同的车辆操控性控制面临的转向不足、控制效果难以标定、控制器设计复杂难于工程应用等问题,提出一种后轮转向和制动的作用强度均可自由调节的控制方法,应用非线性模型设计与前馈/反馈结构,根据设计参数调节控制强度,达到按照期望程度降低车辆质心侧偏角、加快横摆响应速度的效果,并兼顾不足转向度、燃油经济性等指标。此外,该方法提供了基于可调参数进行车辆操控性调校的方法,具有精度高、运算量小、无需质心侧偏角估计及便于标定等优点。

基于DYC控制全轮驱动铰接车行驶稳定性分析

全轮驱动铰接车所有驱动轮都可独立进行转矩控制,且电动机转矩的快速、精确响应和易于换向的特点,能够使这种铰接车有利于实现利用驱动力改善行驶稳定性。充分利用这一点,针对铰接车的行驶不稳定的情况,基于直接横摆力矩(DYC)控制方法,运用LQ最优控制理论,以车辆质心侧偏角(β)和横摆角速度(ωr)为控制变量对其行驶稳定性控制进行分析,对铰接车行驶稳定性进行前馈—反馈复合控制,使铰接车的横摆角速度,侧向加速度,质心侧偏角有了一定的改善,取得了良好的控制效果。并对其权值系数进行了调试。通过铰接角转角阶跃输入,结果显示加入控制后,在一定程度上改善了铰接车行驶的不稳定情况。

汽车直接横摆力矩控制系统综述

汽车直接横摆力矩控制(direct yaw moment control,DYC)系统用于有效避免车辆遇到非预计危险时的侧向运动,以保证汽车运行的稳定性和驾驶的安全性。目前,DYC系统大多采用分层结构。文章首先从车辆状态估计与环境感知、直接横摆力矩控制器设计和力矩分配法这3个角度分析了汽车DYC系统架构,接着重点阐述了其对车速、车间距离、路面信息、横摆角速率以及车辆质心侧偏角等状态信息的获取与处理方法;然后介绍了上层控制器中车辆动力学参考模型、控制结构及不同变量控制的设计方法以及下层控制器中车辆横摆力矩的分配方式;最后总结了汽车直接横摆力矩控制系统现存的问题以及将来发展的方向。

基于直接横摆力矩控制的汽车稳定性控制策略

建立了适用于汽车稳定性分析的人-车闭环系统整车动力学模型,提出了保证质心侧偏角为零的前馈和单神经元两种DYC控制策略。通过对这两种控制策略的低附着双移线道路仿真,对比分析了两种不同控制策略的控制效果。仿真结果表明:单神经元DYC控制策略能更有效地控制汽车运动状态,提高汽车纵向及侧向稳定性。

电驱动铰接式工程车辆操纵稳定性控制分析

铰接式工程车辆因其铰接转向机构布置,使整车行驶过程中的横向稳定性降低。该文针对电驱动铰接式车辆的结构特点,建立了三自由度整车行驶动态数学模型,利用其各轮可独立控制的特性,提出基于直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的车辆稳定性控制策略。分别以前车体质心侧偏角和横摆角速度、后车体质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,建立了2种基于不同控制变量下的铰接式车辆最优直接横摆力矩控制策略。通过对地下35t铰接式自卸车的瞬态响应进行仿真分析,从响应速度、精确性等方面,探讨了2种控制策略下铰接式车辆稳定性的实现与性能。该研究可为电驱动铰接式车辆的稳定性控制提供有益的参考。

基于滑模变结构控制的车辆稳定性研究

直接横摆力矩控制(Direct Yaw Moment Control,DYC)能在极限工况下产生维持车辆稳定行驶所需的附加横摆力矩,从而提高车辆的主动安全性能。采用"Dugoff"轮胎模型,运用MATLAB/SIMULINK软件建立了十六自由度非线性车辆模型和二自由度参考模型,基于滑模变结构控制理论,分别设计了以横摆角速度为控制变量的DYC控制器和以质心侧偏角为控制变量的DYC控制器,并在极限工况下进行仿真。仿真结果表明:所设计的控制器能有效控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高了车辆的操纵稳定性。

叉车底盘神经网络逆系统解耦控制

针对叉车底盘各子系统间的干涉和耦合特性,文章利用非线性系统的神经网络逆系统方法进行叉车主动后轮转向(active rear steering,ARS)与直接横摆力矩控制(direct yaw moment control,DYC)的解耦控制。在分析底盘系统可逆性的基础上,确定解耦变量配对关系,建立BP神经网络逆系统模型并串联到原底盘系统前,使叉车底盘系统解耦成2个独立的伪线性系统;设计PD闭环控制器并与神经网络逆系统组成复合控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明,神经网络逆系统解耦控制策略能够消除底盘各子系统间的干涉和耦合,提升叉车的状态跟踪和操纵稳定性。

主动前轮转向和直接横摆力矩集成控制

针对车辆操稳性控制中功能耦合的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩控制(DYC)的任务协调问题,提出优化相平面法进行稳定区域划分.基于所提方法建立轮胎侧向力特性协调准则,实现纵横向动力学系统操稳性集成控制.以前、后轮侧偏角及两者之差作为车辆横向稳定的表征量,结合轮胎侧向力特性划分车辆横向状态为稳定、临界稳定和失稳状态区间.建立AFS与DYC的协调准则.考虑控制算法面向实际应用时状态量的获取问题,建立基于超螺旋算法的状态观测器估计车辆前后轮侧偏角.分别设计基于自适应超螺旋高阶滑模算法的AFS和DYC控制器,在消除控制器抖振和避免频繁切换的基础上完成稳定性控制.试验结果表明,所提协调准则和控制算法对协调AFS和DYC有积极作用,且操稳性控制效果良好.

一种基于前馈—反馈复合控制方式的制动稳定性控制方法

(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084)摘 要:设计了一种前馈—反馈复合控制结构,将直接横摆力矩控制和主动前轮转向控制相结合以提高制动稳定性.控制器将前轮转向角视为输入,将外部侧向干扰力和力矩作用视为扰动,通过前馈校正补偿转向角引起的状态变化;同时建立扰动状态观测器,采用反馈控制校正消除外部扰动引起的状态误差.仿真试验证实这种控制方法在提高制动稳定性方面有良好的效果.*

采用2-自由度调节器结构的制动方向稳定性控制算法

结合直接横摆力矩控制和主动前轮转向控制,设计了一种提高制动方向稳定性的复合控制系统.控制器采用2-自由度调节器结构,将前轮转向角视为输入,将作用于车身的外部侧向干扰力视为扰动,通过2-自由度调节器将转向跟随控制和抗扰控制分离,并对制动控制参数进行了优化.文章对有转向输入和路面突变情况下的控制器控制性能进行了仿真研究,并与无方向稳定控制的仿真结果进行了对比.仿真试验证实这种控制方法在提高车辆制动稳定性方面有良好的效果.

直接横摆力矩控制汽车的操纵稳定性研究

文章指出轮胎的非线性和汽车动力性的DYC(直接横摆力矩)底盘控制,提高了汽车大侧偏角和高侧向加速度的操纵稳定性和主动安全性,重点讨论了基于轮胎和汽车动力性试验的控制策略。

基于最大可传递转矩估计的主动稳定性控制(英文)

直接横摆力矩控制(DYC)可增强车辆二维运动的稳定性。该文建立了一个两轮的车辆模型作为控制参考模型,以便提高对电动汽车轮毂电机的二维运动控制的稳定性和实用性。基于最大可传递转矩估计(MTTE)的牵引力控制,可用于抑制打滑现象以增强纵向和横向摩擦力,并可提供关于轮胎与路面间的额外信息。提出了一种新的基于MTTE的DYC策略。经过完整控制系统的MTTE增强型DYC与常规DYC的数值仿真对比,结果验证了这种控制策略的优越性。

半挂汽车列车高速变道横向稳定性控制研究

针对半挂汽车列车在高速变道时因参数不确定性导致的横向失稳、半挂车运动轨迹偏移的问题,提出了基于直接横摆力矩控制(Direct Yaw moment Control,DYC)与主动转向(Active Steering,AS)技术的集成控制策略。以追踪牵引车侧向速度、横摆角速度和铰接角的参考数值为目标,设计了一种横向稳定性控制系统。在MATLAB/SIMULINK软件中搭建横向稳定性控制系统模型,并进行高速变道工况仿真试验。仿真结果表明:在高速变道工况下,施加横向稳定性控制作用后,半挂汽车列车模型能较好地追踪参考模型的响应且在车辆参数发生变化时仍有良好的追踪效果;相较于未施加横向稳定性控制作用的系统和仅施加了单控制作用的系统,双控制作用下半挂车追踪牵引车运动轨迹的能力更优。证明了设计的控制方法有效,可为提高半挂汽车列车横向稳定性和半挂车追踪牵引车运动轨迹能力方面提供一定参考。

轮内电动汽车直接横摆力矩控制

针对参数变化及不确定性干扰等非线性因素对于车辆稳定性的影响,设计出一种基于自适应鲁棒滑模控制的策略,保证轮内电动汽车在上述不确定因素的干扰下,仍然可以保证车辆的行驶稳定性。具体搭建了整车二自由度模型和驱动电动机模型,设计自适应鲁棒滑模控制律,利用先进车辆动力学仿真软件Carsim对该控制策略进行了仿真实验;同时进行了实车试验。试验和仿真结果表明,该算法可有效实现直接横摆力矩控制,使车辆在有较大侧向风的干扰下保持行驶稳定性。