基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法.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CN109292018A(43)申请公布日2019.02.01(21)申请号201811068143.0(22)申请日2018.09.13(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人马芳武聂家弘吴量倪利伟徐广健(74)专利代理机构吉林省长春市新时代专利商标代理有限公司22204代理人石岱(51)Int.Cl.B62D57/028(2006.01)B62D15/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法(57)摘要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。CN109292018ACN109292018A权利要求书1/1页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。2CN109292018A说明书1/4页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[0001]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[0002]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。[0003]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[0004]