基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法.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CN109204599A(43)申请公布日2019.01.15(21)申请号201811069795.6(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)B64G1/16(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法(57)摘要本发明基于同轴式轮腿结构全地形搭载平台的主动姿态控制方法，涉及车辆的自动控制领域。当车辆进入弯道时，陀螺仪采集车辆当前的运动状态并将参数传送到控制单元；其中侧向加速度大于门限值时，车辆主动姿态与全轮转向协同系统开始作用，利用车辆质心转移，减小轮胎侧向附着力；当控制单元判断需要主动姿态调节介入时，将调用最优质心位置控制器计算得到此刻质心最佳位置，控制大臂举升电机调节质心位置，而后经由车辆动力学模型得出相应的转向角控制车轮转向；在新一时刻，陀螺仪再次回传车辆状态至控制单元，车辆侧向加速度判断门限值，如此往复，直至车辆平稳驶出弯道。本发明使用主动姿态调节质心位置，对车辆有更好的操控。CN109204599ACN109204599A权利要求书1/3页1.一种基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法，其特征在于，包括：同轴式轮腿结构分别设置有四个大臂举升电机、四个小臂转向电机、四个轮毂电机、四个轮毂电机编码器，车身设置有测量车状态参数的陀螺仪和控制单元；当车辆进入弯道时，陀螺仪采集车辆当前的运动状态并将参数传送到控制单元，判断车辆侧向加速度；其中侧向加速度a1有门限值a，当a1<a时，可无需主动姿态调节即可保证车辆的稳定性；当a1>a时，车辆主动姿态与全轮转向协同系统开始作用，利用车辆质心转移，减小轮胎侧向附着力，保证高速过弯的稳定性；当控制单元判断需要主动姿态调节介入时，将调用最优质心位置控制器计算得到此刻质心最佳位置，而后输出控制信号分别控制四个大臂举升电机调节质心位置，而后经由车辆动力学模型得出相应的四个车轮转向角控制车轮转向；在新一时刻，陀螺仪再次回传车辆状态至控制单元，车辆侧向加速度判断门限值，如此往复，直至车辆平稳驶出弯道。2.根据权利要求1所述的基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法，其特征在于，所述的车辆质心转移是利用重力的分力mgsinα平衡离心力mω2r，从而减小轮胎侧向附着力F1，F2，计算式如下：mgsinα+F1+F2＝mω2r，mgcosα＝Fn，F1＝k1*β1，k1为前轮轮胎侧偏刚度，β1为前轮轮胎侧偏角；F2＝k2*β2，k2为后轮轮胎侧偏刚度，β2为后轮轮胎侧偏角。3.根据权利要求2所述的基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法，其特征在于，所述的质心最佳位置应用矩阵形式计算表示，公式如下：y＝CX+D1U+D2F其中TX＝[x1,x2,x3,x4]TU＝[u1,u2]TF＝[f1(x1,x3),f2(x2,x4)]Ty＝[y1,y2,y3,y4]2CN109204599A权利要求书2/3页式中m1为前轴质量，m2为后轴质量，k为弹簧刚度，c1为系统阻尼，t为时间。X是系统的输入，x1为左前车轮输入，x2为右前车轮输入，x3为左后车轮输入，x4为右后车轮输入，y为系统输出，y1为左前车轮输出，y2为右前车轮输出，y3为左后车轮输出y4为右后车轮输出；U为系统干扰量，u1为道路干扰，u2为侧风干扰；A为系统矩阵，B1B2为输入矩阵，C为输出矩阵,D1D2为直接传递矩阵，F是与不同车轮输入x1，x2，x3，x4相关的干扰矩阵；它们是由系统的结构和参数所定出的矩阵。4.根据权利要求3所述的基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法，其特征在于，最优质心位置控制器输出电机工作电压U，分别控制四个大臂举升电机调节质心位置，而后经由车辆动力学模型得出相应的四个车轮转向角控制车轮转向，计算式如下：其中，U是驱动电压，I是转子电流，R是转子回路电阻，φ是磁通量，k是感应电动势常数，N为电机转速，L为线圈电感量，i为电流，di/dt是电流的变化率；通过调整电机控制量U可以调整电机转速，从而调节转动量。5.根据权利要求4所述的基于同轴式轮腿结构的主动姿态与全轮转向协同控制方法，其特征在于，所述的由车辆动力学模型得出相应的四个车轮转向角δ1，δ2，δ3，δ4，以控制车轮转向，计算式如下：3CN109204599A权利要求书3/3页式中为车身横摆加速度；IZ为绕Z轴的转动惯量；LF、LR分别为