一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111546907A(43)申请公布日2020.08.18(21)申请号202010439539.2(22)申请日2020.05.22(71)申请人西南交通大学地址610031四川省成都市二环路北一段111号(72)发明人杨蔡进张众华张卫华(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人葛启函(51)Int.Cl.B60L15/20(2006.01)G06F30/15(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书3页说明书4页附图3页(54)发明名称一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法(57)摘要本发明提供了一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法，属于轮式车辆的牵引控制技术领域。建立车辆侧向动力学连续模型和四轮转向轮毂电机驱动车辆的离散侧向动力学模型；通过计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的最优转角控制量；计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的侧向运动状态预测值：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的纵向速度预测值：计算车辆坐标系中的轮心速度：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的车轮速度偏角：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮胎侧偏角：计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的车轮参考转速；计算车轮作纯滚动时的转速预测值等步骤，即可获得四轮转向轮毂电机驱动车辆的每个车轮的转速的预测值，最终实现对车辆的轨迹控制。CN111546907ACN111546907A权利要求书1/3页1.一种四轮转向轮毂电机驱动车辆的轮速分配方法，包括以下步骤：步骤一、建立车辆侧向动力学连续模型：将四轮转向轮毂电机驱动车辆简化为二自由度模型2DOF，同一轴上的左、右轮胎用一个位于轴中心点的虚拟轮胎替代，2DOF车辆侧向动力学连续模型的状态空间方程表示为：其中，为x的一阶导数；x为2DOF车辆动力学模型的状态变量列阵，表示为：Tx＝[yf,ψz,vy,ωz](2)yf表示车辆前轴中心在车辆坐标系中的侧向位移；ψz表示车辆坐标系中车辆的航向角；vy、ωz表示车辆坐标系中车辆质心o处的侧向速度与横摆角速度；T表示对矩阵转置；Φ为状态转移矩阵，表示为：lf,lr分别表示车辆质心到前轴中心与后轴中心的距离；Cαf、Cαr分别表示2DOF车辆模型前、后轮胎的等效侧偏刚度，其中下标αf表示前轮侧偏角，αr表示后轮侧偏角；m表示车辆总质量；Iz表示车辆的横摆转动惯量；vx表示车辆质心o处的纵向速度，在预测时域中假设为常量通过传感器感知；Γ为控制增益矩阵，表示为：u为2DOF车辆动力学模型的控制输入矩阵，表示为：Tu＝[δf,δr](5)其中，δf、δr分别表示2DOF车辆模型中前、后等效车轮的偏转角；步骤二、建立四轮转向轮毂电机驱动车辆的离散侧向动力学模型：根据式(1)，采用欧拉离散法获得离散车辆侧向动力学模型，表示为：x(k+1)＝A(k)x(k)+B(k)u(k)(k＝0,1,2…N-1)(6)其中，定义预测时域为：以当前时间t为起始点规划出的未来一段时间，k表示预测时域中的第k时刻，N表示预测时域中离散时刻的数量；定义离散侧向动力学模型的状态转移矩阵为A(k)，表示为：A(k)＝I+TsΦ(k)(7)定义I为4×4维的单位矩阵；控制参数Ts为预测时域的长度，单位为秒；2CN111546907A权利要求书2/3页定义离散侧向动力学模型的控制增益矩阵为B(k)，表示为：B(k)＝TsΓ(k)(8)定义2DOF车辆控制系统的输出变量的预测值为y(k+1)，表示为：y(k+1)＝Cx(k+1)(9)其中，C表示系统输出增益矩阵，该矩阵与车辆控制系统的具体输出变量有关；步骤三、计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的最优转角控制量：为了不失一般性，定义车辆检测系统跟踪目标轨迹，建立含有约束条件的最优二次型目标函数，使得跟踪误差值最小，表示为：由式(10)求解约束二次规划问题，计算出最优控制输入量u(k)，x0为预测时域中初始时刻的状态变量值；步骤四、计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的侧向运动状态预测值：根据式(9)、状态变量x(k)、最优控制输入量u(k)，预测车辆的侧向运动状态，表示为：其中，vy,pre和ωz,pre表示预测时域中第k+1时刻车辆质心的侧向速度与横摆角速度，下标中的pre表示预测的含义；D为车辆动力学模型状态预测输出的增益矩阵，表示为：步骤五、计算四轮转向轮毂电机驱动车辆的纵向速度预测值：其中，ax,max为车辆最大纵向加速度；vt为车辆当前需要跟踪的目标纵向速度；步骤六、计算车辆坐标系中的轮心速度：假设车体为刚体，由刚体作平面运动的基本理论，根据车辆质心的纵向速度、侧向速度及横摆角速度在第k+1的预测值，计算车辆坐标系下车轮中心处的速度分量，表示为：其中，分别为轮心在车辆坐标系中