基于后轮转角综合约束策略的4WIS车辆控制方法

为提高4WIS车辆轨迹跟踪精度与操作稳定性,提出了基于横摆角速度、质心侧偏角和侧滑分析的后轮转角综合约束策略.依照此策略,采用了纵向预瞄速度控制器和横向MPC控制器,嵌入纵向速度PID控制完成横纵向运动的解耦,并结合转矩分配控制器,形成了4WIS综合控制方法.使用Carsim和Matlab/Simulink建立了联合仿真模型,以前轮转向和4WIS一般控制方法作为对照,在U形弯道掉头工况与高速换道工况下进行仿真实验.仿真结果验证了后轮转角综合约束策略的有效性和可靠性,4WIS综合控制方法提高了车辆的灵活性和稳定性,并具有更高的轨迹跟踪精度.

4WID/4WIS电动车建模和特殊工况仿真

介绍了四轮独立驱动/四轮独立转向(4WID/4WIS)电动车的特点,基于Matlab/Simulink搭建了各子系统及整车的动力学仿真模型,设置了该类型电动车特有的驾驶模式选择功能。模型允许对4个车轮输入不同的驱动转矩和转角;考虑了驱动电机、转向电机的动态响应特性。针对4WID/4WIS电动车特有的蟹行、斜行和原地转向工况进行了仿真。结果表明,模型能够较好地反映4WID/4WIS电动车的动力学响应特性。

基于LQR变传动比控制的4WIS电动车转向控制仿真研究

理想转向特性对改善车辆操纵稳定性有重要意义。本文中基于LQR最优控制理论,提出了一种新型后轮主动转向变传动比控制策略。首先,综合考虑低速操纵响应性与高速行驶稳定性,建立4WIS电动车理想转向特性;接着根据变传动比曲线设计预期的横摆角速度,并基于LQR最优控制理论提出了主动后轮转向控制策略,以跟踪横摆角速度的预期值;最后,针对典型的双移线工况,进行人车路闭环控制仿真,结果表明,所提出的控制策略较好地实现了理想转向特性。

4WID-4WIS智能车阿克曼转向轨迹规划及位置估算

针对四轮独立驱动与四轮独立转向(four-wheel independent drive and four-wheel independent steering, 4WID-4WIS)智能车的转向行驶工况,基于阿克曼转向原理,提出一种利用三阶贝塞尔曲线进行轨迹规划的新方法。首先,采用最优函数获取一条满足智能车初始状态约束、目标状态约束和曲率连续约束且曲率差值最小的最优轨迹。然后,提出一种位置估算算法,即基于惯性导航系统测量的航向角和编码器的脉冲数对智能车的位置增量进行计算,从而估算其行驶时的位置,并推算运行轨迹的长度。最后,在MATLAB软件中对所规划的智能车轨迹进行仿真计算,并在实车试验平台上验证轨迹规划方法和位置估算算法的合理性和可行性。结果表明,4WID-4WIS智能车能够按规划的轨迹行驶到给定终点,其横向位置估算误差为0.19%,纵向位置估算误差为0.20%,运行轨迹长度推算误差为0.22%;相比于其他里程计算法、测距法等单一算法,所提出的位置估算算法的精度高,可为其他移动机器人的轨迹规划和位置估算提供参考。

动力学与瞬时转向中心求解下的4WIS车辆的转向控制方法

为了提高四轮独立转向(4WIS)车辆的转向控制性能,建立4WIS车辆的二自由度动力学模型,求解4个车轮与参考轮之间的转向角关系。在车辆坐标系中建立车轮的运动学模型,通过对车辆瞬时转向中心(ICR)的求解得出各车轮的实时运动学误差表达式,在此基础上提出了一种"动力学-运动学"复合控制策略:依据动力学计算,得出4个车轮的转向角与参考轮之间的约束关系,通过构建网络控制系统,各车轮同时跟踪目标运动轨迹,提高转向控制系统的响应速度;实时运动学误差将各车轮转向角进行虚拟连接,4个车轮协同运动提高了转向控制的平稳性与鲁棒性。仿真结果表明,该控制策略对各车轮进行协调控制,使车辆运动实时满足动力学与运动学要求,具有运算简单、响应速度快、鲁棒性强等特点。最后通过实车实验验证了控制策略的有效性。

三自由度4WIS车辆系统建模及仿真

建立了三自由度四轮独立转向(4WIS)车辆系统模型,根据控制策略推导了独立四轮转角的函数表达式;Simulink仿真结果表明,4WIS车辆在零稳态质心侧偏角控制策略下,其低速机动性能和高速操纵稳定性能与比例控制的四轮转向车辆相比均有所提高。

四轮独立驱动-独立转向电动车辆动力学控制现状

四轮独立驱动-独立转向(4WID-4WIS)电动车辆除具有分布式驱动电动车辆传动链短、传动高效、结构紧凑的优点外,车辆的机动性及可操控性更高。通过对4WID-4WIS车辆的运动学及动力学控制展开论述,提炼了相关研究的热点与难点:在车辆控制系统构架上广泛采用分布式网络控制系统,非理想网络下的控制实时性、可靠性问题是研究的难点,动力学分层控制方法是研究的热点;在车辆动力学控制方法上,主要研究集中在基于一个或多个优化目标的转矩分配方法,协调多个控制目标的集成控制成为重要的研究方向;为了解决4WID-4WIS车辆转向模式停车切换的问题,基于该车辆的控制自由度冗余对转向模式动态切换方法的研究成为一个新的研究方向。

全向自动导引车导向机构设计及其运动控制研究

针对麦克纳姆轮加工复杂,运动效率低,承载能力较弱及容易出现振动、打滑等问题,研发了基于轮毂电机的自动导引车(automatic guided vehicle,AGV)全转向导向机构,并根据该导向机构的控制方式——四轮独立驱动和四轮独立转向(4WID-4WIS)的方式,对该全向AGV进行了运动控制研究。首先,构建了该全转向导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,得出不同转向模式下全向AGV转速与转角之间的关系。其次,为消除该全向AGV移动时产生的路径偏差,提出了基于多步预测最优控制和模糊控制的联合路径跟踪控制技术,以提高控制精度和为路径跟踪提供充足的纠偏能力;进行了转向电机和轮毂电机之间的解耦控制,保证了转向电机和轮毂电机具有良好的输入输出响应。最后,通过实车实验验证了该全转向导向机构具有良好的运动效果,能够满足实际工况的要求,可为AGV在工业领域的应用提供一定的参考。

基于模糊控制算法的四轮独立转向机器人循迹控制研究

针对实验室现有的四轮独立驱动-四轮独立转向(4WID-4WIS)机器人,装载了转角编码器及传感器实时向主控反馈信息进行位置修正,并设计了一种正交编码器测位移机构能够在机器人运动时测量机器人的坐标位置。在对四轮独立转向机器人运动学建模分析的基础上,基于模糊控制算法提出了一种高精度循迹控制策略,通过计算机记录数据并分析其运动精度。实验结果表明,循迹最大误差为1.154cm,优于传统的PID控制算法。

Research on Vehicle Control Technology Using Four-Wheel Independent Steering System

The enhancement of vehicle handling stability and maneuverability through active and independent rear wheels control is presented. Firstly, the configuration of four-wheel independent steering prototype vehide is introduced briefly. Then the concrete overall design of the electronic controllers of four wheel independent steering system （4WIS） is formulated in details. Under the control strategy of zero sideslip angle at mass center, the mathematical model of 4WIS is established to deduce the equations of separated rear wheel steering angles. According to these equations, simulation analysis for 4WIS vehicle performances is finished to show that 4WIS vehicle can improve the maneuverability greatly at low speed and increase the handling stability at high speed. Finally, the road test of 4WIS vehide has performed to verify the correctness of simulation and show that compared with the conventional four wheel steering （4WS） vehicle, the 4WIS vehicle not only improves the kinematical harmony but also decreases steering resistance and lighten abrasion of tires.