分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法技术

本发明专利技术提供了一种分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法，通过差动转向实现无人车轨迹跟踪的同时，通过主动悬架实现转向时车身内倾以提高差动转向无人车过弯速度的同时，提高其操纵稳定性。首先建立了包括差动转向和主动悬架在内的无人车动力学模型，建立了参考模型以得到参考横摆角速度和参考车身内倾角。设计了基于分数阶微积分理论的单点预瞄驾驶员模型以得到参考模型所需的参考前轮转角。设计了H

【技术实现步骤摘要】
分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法


[0001]本专利技术涉及转向时车身姿态控制方法，尤其是分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法。

技术介绍

[0002]CN114859733A公开了一种差动转向无人车轨迹跟踪及姿态控制方法，其通过差动转向实现无人车轨迹跟踪的同时，提出了对车身姿态的控制以提高差动转向无人车的操纵稳定性。它建立了无人车差动转向的动力学和运动学模型以及无人车侧倾模型，选取线性三自由度车辆模型作为参考模型以得到理想的车身侧倾角。并通过模型预测控制器控制无人车差动转向模型跟踪给定的参考轨迹，以得到所需的差动力矩以及由此产生的前轮转角，还设计了滑模控制器控制无人车侧倾模型跟踪理想车身侧倾角，并得到所需的侧倾力矩。
[0003]由于其采用三自由度车辆模型作为参考模型，同时需要设计滑模控制器，所以整个控制方法略显繁琐，响应不及时。此外，该控制方法仅得到了车身侧倾所需的侧倾力矩，至于该侧倾力矩如何获得并没有考虑，也就是说该控制方法并没有涉及到主动悬架的控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法，它通过差动转向实现无人车轨迹跟踪的同时，通过主动悬架实现转向时车身内倾以提高差动转向无人车过弯速度的同时，也提高其操纵稳定性，防止车辆侧翻。
[0005]本专利技术的采用的技术方案：
[0006]该分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法，分布式无人车的四个车轮内均安装了轮毂电机，且前后轴都采用了主动悬架；该集成控制方法步骤包括：构建前轮差动转向系统动力学模型、前轮差动转向车辆动力学模型以及参考模型；通过基于分数阶单点预瞄驾驶员模型获得参考模型跟踪期望路径所需的参考前轮转角δ
fd
，并将其提供给参考模型以获得参考横摆角速度γ
d
和参考车身内倾角φ
d
；H
∞
鲁棒控制器根据参考横摆角速度γ
d
和参考车身内倾角φ
d
控制无人车通过差动转向和主动悬架使其具有和参考模型相同的横摆角速度和车身内倾角，并获得转向所需的差动力矩ΔM以及车身内倾所需的左、右侧主动悬架控制力f1和f2，防止无人车转向时的侧翻。
[0007]上述的集成控制方法，分数阶单点预瞄驾驶员模型：
[0008][0009]以汽车质心为坐标原点建立车辆坐标系xoy，驾驶员位于汽车的质心o点，p(x,y)
是驾驶员的预瞄点，l
p
是驾驶员的预瞄距离即p点到y轴的距离，y为汽车纵向行驶速度，v
y
为汽车侧向行驶速度，预瞄偏差y
ε
为预瞄点p和汽车实际行驶路径之间的偏差，δ
f
(t)为前轮转角，t为当前时间，T
s
为时滞量，K
m
为驾驶员的操纵增益，a为预瞄点至视线后沿的纵向距离，b为预瞄点至视线前沿的纵向距离，为分数阶微积分算子，α和α'是分数阶的阶数，f(t)是期望路径。
[0010]上述的集成控制方法，前轮差动转向系统动力学模型为：
[0011][0012][0013]式中，J
e
、b
e
和τ
f
分别表示转向系统的等效转动惯量、转向阻尼与摩擦力矩，ΔT表示两前轮绕主销的力矩之差，τ
a
为前轮的总回正力矩，k
f
为前轮侧偏刚度，α
f
为前轮侧偏角，l为轮胎接地半宽。
[0014]上述的集成控制方法，前轮差动转向系统的动力学方程为：
[0015][0016]式中，d1为干扰项，且R
c
为车轮半径，ΔM为车辆左右前轮的差动力矩，l
f
为质心到前轴的距离。
[0017]上述的集成控制方法，车辆差动转向动力学模型为:
[0018][0019]F
yfl
＝F
yfr
＝k
f
α
f
，F
yrl
＝F
yrr
＝k
r
α
r
，，
[0020]式中，m为整车质量，m
s
为簧上质量，φ为车身侧倾角，F
yfl
、F
yrl
、F
yfr
和F
yrr
分别为前后左右四个车轮的侧向力，I
z
为整车横摆转动惯量，γ为横摆角速度，l
s
为轮距的一半，l
f
和l
r
为质心到前后轴的距离，d2为干扰项。
[0021]上述的集成控制方法，车辆侧倾动力学模型为:
[0022][0023]z
s1
＝z
c
+l
s
φ，z
s2
＝z
c
‑
l
s
φ，
[0024]式中，z
c
为簧载质量质心的垂向位移，h为质心到侧倾轴线距离，I
x
为簧载质量侧倾转动惯量，f1为左侧主动悬架控制力，f2为右侧主动悬架控制力，l
s
为半轮距，m
u1
为左侧非簧载质量，m
u2
为右侧非簧载质量，k
t1
为左侧轮胎刚度，k
t2
为右侧轮胎刚度，z
u1
为左侧非簧载质量垂向位移，z
u2
为右侧非簧载质量垂向位移，z
r1
为左侧轮胎的垂直激励，z
r2
为右侧轮胎的垂直激励，k
s1
为左侧悬架弹簧刚度，k
s2
为右侧悬架弹簧刚度，c
s1
为左侧悬架阻尼，c
s2
为右侧悬架阻尼。
[0025]上述的集成控制方法，二自由度车辆模型作为参考模型；设状态空间变量x
d
(t)＝[β
d
,γ
d
]T
，系统输入为参考前轮转角δ
fd
，即u
d
(t)＝[δ
fd
]，则参考模型相应的状态方程为：
[0026][0027][0028]式中，β
d
代表参考模型的质心侧偏角，即参考质心侧偏角；δ
fd
代表参考前轮转角；γ
d
代表参考模型的横摆角速度，即参考横摆角速度；v
xd
代表参考模型的纵向速度，即参考纵向速度，v
xd
在参考模型中给定。
[0029]上述的集成控制方法，根据汽车转弯时能通过主动悬架控制车身主动内倾，使得重力分力所产生的侧倾力矩M
G
与离心力所产生的侧倾力矩M
C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.分布式驱动无人车主动悬架和差动转向的集成控制方法，分布式无人车的四个车轮内均安装了轮毂电机，且前后轴都采用了主动悬架；其特征是：该集成控制方法步骤包括：构建前轮差动转向系统动力学模型、前轮差动转向车辆动力学模型以及参考模型；通过基于分数阶单点预瞄驾驶员模型获得参考模型跟踪期望路径所需的参考前轮转角δ
fd
，并将其提供给参考模型以获得参考横摆角速度γ
d
和参考车身内倾角φ
d
；H
∞
鲁棒控制器根据参考横摆角速度γ
d
和参考车身内倾角φ
d
控制无人车通过差动转向和主动悬架使其具有和参考模型相同的横摆角速度和车身内倾角，并获得转向所需的差动力矩ΔM以及车身内倾所需的左、右侧主动悬架控制力f1和f2，防止无人车转向时的侧翻。2.如权利要求1所述的集成控制方法，其特征是：分数阶单点预瞄驾驶员模型：以汽车质心为坐标原点建立车辆坐标系xoy，驾驶员位于汽车的质心o点，p(x,y)是驾驶员的预瞄点，l
p
是驾驶员的预瞄距离即p点到y轴的距离，为汽车纵向行驶速度，v
y
为汽车侧向行驶速度，预瞄偏差yε为预瞄点p和汽车实际行驶路径之间的偏差，δ
f
(t)为前轮转角，t为当前时间，T
s
为时滞量，K
m
为驾驶员的操纵增益，a为预瞄点至视线后沿的纵向距离，b为预瞄点至视线前沿的纵向距离，为分数阶微积分算子，α和α'是分数阶的阶数，f(t)是期望路径。3.如权利要求1所述的集成控制方法，其特征是：前轮差动转向系统动力学模型为：τ
a
＝τ
ar
+τ
al
＝2k
f
α
f
l2/3，式中，J
e
、b
e
和τ
f
分别表示转向系统的等效转动惯量、转向阻尼与摩擦力矩，ΔT表示两前轮绕主销的力矩之差，τ
a
为前轮的总回正力矩，k
f
为前轮侧偏刚度，α
f
为前轮侧偏角，l为轮胎接地半宽。4.如权利要求3所述的集成控制方法，其特征是：前轮差动转向系统的动力学方程为：式中，d1为干扰项，且R
c
为车轮半径，ΔM为车辆左右前轮的差动力矩，l
f
为质心到前轴的距离。5.如权利要求4所述的集成控制方法，其特征是：车辆差动转向动力学模型为:
F
yfl
＝F
yfr
＝k
f
α
f
，F
yrl
＝F
yrr
＝k
r
α
r
，，式中，m为整车质量，m
s

【专利技术属性】
技术研发人员：田杰，周建兵，潘新，吴晓莉，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：