五轴重型特种车辆的状态估计及验证

多轴重型特种车辆具有载重大、质心高、速度快的特点,在高机动行驶条件下存在发生操纵失稳的可能性。质心侧偏角和横摆角速度是衡量车辆操稳性的关键判据,如果直接通过车载传感器测量存在测量困难、成本昂贵和长时误差等问题,因此开展了对五轴重型车辆的状态估计研究。基于Matlab/Simulink搭建了五轴特种车辆的13自由度动力学模型,利用行驶状态监测系统进行实车试验,验证模型的精确性,为估计模型提供理论依据及验证仿真平台。建立非线性三自由度车辆模型,基于无迹卡尔曼滤波算法,设计关于横摆角速度、质心侧偏角、纵向速度的状态估计器。以13自由度模型为仿真平台分别进行角阶跃输入、脉冲输入及正弦输入工况的验证。仿真结果证明,基于非线性三自由度车辆模型的状态估计器可实现对纵向速度、横摆角速度和质心侧偏角参数的动态估计。

基于Tube MPC的多轴重型车辆全轮转向路径跟踪策略

本文中为具有智能驾驶功能的五轴重型车辆提出一种基于鲁棒不变集的模型预测控制(Tube MPC)的全轮转向路径跟踪策略。首先提出了基于第1桥和第5桥转角控制的全轮转向路径跟踪策略,使多轴车的控制更灵活,侧向力响应可实现同步且能得到充分利用。接着控制模型考虑轮胎参数不确定和侧向风产生的有界干扰,采用Tube MPC求解路径跟踪问题。同时采用基于支撑函数计算的简化最小鲁棒正不变集(mRPI)代替了通用的基于Minkowski求和的mRPI运算,有效地节约了mRPI的离线计算时间,也减少了不变集的顶点个数,以保证Tube MPC的在线实现。最后进行硬件在环仿真,验证了所提基于Tube MPC的全轮转向策略对比普通的全轮转向策略具有更高的路径跟踪精度和车辆稳定性,面对未知干扰时有更强的鲁棒性。