四轮独立驱动独立转向电动车的集中‑分布式控制系统.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CN107505941A(43)申请公布日2017.12.22(21)申请号201710758764.0(22)申请日2017.08.29(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人杨昊光赵雪轩朱子霖施炯明郑钢铁(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人张润(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统(57)摘要本发明公开了一种四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，包括：人机交互界面，用于输入车辆控制信息；软件架构，用于所述车辆控制信息得到多个车轮控制信息，并将所述多个车轮控制信息发送给多个单轮控制模块；传感器，用于采集车辆的行车状态信息和周围环境信息，并将所述车辆的行车状态信息和周围环境信息发送至软件架构，以对控制过程进行反馈并在所述人机交互界面进行显示；所述多个单轮控制模块，用于根据所述多个车轮控制信息一一对应地控制相应的车轮动作。本发明具有如下优点：提高了控制系统的自由度和安全裕度，且可以实现对车辆的能量最优的运动控制。CN107505941ACN107505941A权利要求书1/2页1.一种四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，包括：人机交互界面(1-1)，用于输入车辆控制信息；软件架构(1-3)，用于所述车辆控制信息得到多个车轮控制信息，并将所述多个车轮控制信息发送给多个单轮控制模块(1-11)；传感器(1-4)，用于采集车辆的行车状态信息和周围环境信息，并将所述车辆的行车状态信息和周围环境信息发送给所述人机交互界面(1-1)进行显示；所述多个单轮控制模块(1-11)，用于根据所述多个车轮控制信息一一对应地控制相应的车轮动作。2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述软件架构(1-3)运行在上位机上，每个所述单轮控制模块(1-11)通过嵌入式硬件与所述上位机进行通讯，并受所述上位机控制。3.根据权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述多个车轮控制信息是根据所述车辆控制信息和其它参考信息通过基于驾驶模式的数据融合(1-6)得到，所述其它参考信息包括根据自动驾驶系统(1-5)得到的决策、经过传感器(1-4)得到的车辆运动信息与车辆性能包线的比较、驾驶模式的选择与切换。4.根据权利要求3所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述车辆性能包线通过综合每个车轮的最大输出力矩-转速曲线、最快转向角速度、最大制动力矩、悬架的动力学模型、轮胎模型等得到的整车各个自由度的二阶量与一阶量和零阶量之间的关系；其中，所述二阶量包括车身的加速度、角加速度，所述一阶量和零阶量包括车身的线速度、角速度、角度、各车轮转向角。5.根据权利要求3所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述基于驾驶模式的数据融合(1-6)为根据选定的驾驶模式，将人机交互界面输入(1-2)和/或自动驾驶(1-5)输入转换成相应驾驶模式下的车辆运动目标量；其中，所述车辆运动目标量包括车辆质心轨迹的瞬时曲率中心、车辆偏航角速度和车辆质心的运动速度。6.根据权利要求5所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述将人机交互界面输入(1-2)和/或自动驾驶(1-5)输入转换成相应驾驶模式下的车辆运动目标量包括：根据人通过人机交互界面输入(1-2)、自动驾驶系统(1-5)的决策和传感器(1-4)获得的车辆运动数据，与车辆性能包线作比较，对人的输入和自动驾驶系统的输入进行加权，生成所述车辆运动目标量。7.根据权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，通过人机交互界面(1-1)所含的操纵设备的输入(1-2)，同时由人机交互界面(1-1)通过机械振动、语音等形式向驾驶员反馈车辆的运动响应信息(1-7)；其中，人机交互界面(1-1)所含的操纵设备包括方向盘、踏板、操纵杆、触摸屏和麦克风。8.根据权利要求1所述的四轮独立驱动独立转向电动车的集中-分布式控制系统，其特征在于，所述软件架构(1-3)通过基于车辆动力学模型的控制算法(1-8)得到所述多个车轮2CN107505941A权利要求书2/2页控制信息，其中，所述基于车辆动力学模型的控制算法(1-8)包括：根据车辆运动目标量和车辆真实的运动状态的反馈，由车辆动力学模型计算得出使真实运动状态收敛到车辆运动目标量所需的各个车轮的动力学量，如再根据单轮控制模块反馈的信