本发明专利技术提供多轴车辆全轮转向控制方法与控制系统，解决现有全轮转向控制方法性能差的技术问题。方法包括：形成车辆全轮转向系统的动力学模型、车辆在高速和低速转向时的质心运动理想参考模型、车辆侧向和横摆运动的误差动力学模型；基于误差动力学模型构建侧向st滑模控制率和横摆st滑模控制率；将侧向st滑模控制率和横摆st滑模控制率向各轴解耦形成各轴车轮转角。本发明专利技术将转向系统的虚拟侧向控制力和虚拟横摆控制力矩分为补偿无扰动系统的标称控制率和克服不确定扰动的鲁棒控制率，利用st滑模鲁棒控制率应对转向系统中的众多非线性和不确定因素，有效抑制系统的抖振现象；具有有限时间收敛特性，有效提高多轴车辆的转向机动性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆控制，具体涉及一种多轴车辆全轮转向控制方法与控制系统。
技术介绍
1、多轴车辆相比常见的两轴车辆具有更大的承载能力和更高的运输效率，在物流运输、工程作业和特种载运等领域具有较大的应用价值。但由于车辆轴数较多、车身较长且质心较高，导致多轴车辆在低速行驶时转弯半径较大，机动灵活性差；高速行驶时稳定性差，易发生甩尾现象，增加了车辆发生碰撞的概率。全轮转向技术是提高多轴车辆转向灵活性和操纵稳定性的有效手段，其控制策略是全轮转向系统的关键，不同的控制方法将对车辆的转向性能产生很大影响。
2、目前常见的全轮转向控制方法采用零质心侧偏角比例控制，但该方法是基于转向系统的线性确定模型设计的，对模型的依赖性较高，无法应对系统中的非线性和不确定因素，例如转向系统和悬架系统的耦合非线性、轮胎非线性、车辆参数不确定性、系统未建模动态、外界干扰等，导致控制效果不理想。针对系统非线性问题，有学者提出滑模控制方法，虽然具有一定的非线性动态和不确定因素处理能力，但控制器设计一般采用引入sign函数的方法逼近滑模面，不连续切换控制率易引发系统的抖颤现象，从而恶化控制效果。且从收敛速度方面来看，目前大部分全轮转向控制多以保证转向系统的渐近稳定性为主，无法在有限时间内快速达到稳定状态。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术实施例提供一种多轴车辆全轮转向控制方法与控制系统，解决现有全轮转向控制性能较差的技术问题。
2、本专利技术实施例的车辆全轮转向控制方法，包括：
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p>3、建立多轴车辆全轮转向系统的动力学模型，模型考虑全轮转向系统的非线性和不确定因素；4、根据转向系统动力学模型及转向特性形成车辆在高速和低速转向时的质心运动理想参考模型，用于形成全轮转向的理想参考轨迹；
5、根据转向系统动力学模型和质心运动理想参考模型的运动差异形成车辆侧向运动和横摆运动的误差动力学模型；
6、根据侧向运动的误差动力学模型构建侧向super-twisting滑模控制率，形成侧向有限时间稳定过程；
7、根据横摆运动的误差动力学模型构建横摆super-twisting滑模控制率，形成横摆有限时间稳定过程；
8、根据侧向super-twisting滑模控制率和横摆super-twisting滑模控制率形成的控制数据向各轴解耦形成各轴车轮转角。
9、本专利技术一实施例中，所述转向系统动力学模型的形成包括：
10、根据车辆全轮转向结构和悬挂结构形成转向系统动力学模型。
11、本专利技术一实施例中，所述质心运动理想参考模型的形成包括：
12、形成转向系统动力学模型的理想线性二自由度模型；
13、根据理想线性二自由度模型获取车辆质心侧偏角和横摆角速度与前轮转向角输入之间的传递函数；
14、根据传递函数形成车辆高速转向时的质心运动理想参考模型；
15、根据传递函数形成车辆低速转向时的质心运动理想参考模型。
16、本专利技术一实施例中，所述误差动力学模型的形成包括：
17、根据转向系统动力学模型的合理近似确定与质心运动理想参考模型的侧向误差及变化率和横摆误差及变化率；
18、根据侧向误差及变化率和横摆误差及变化率形成侧向运动和横摆运动的误差动力学模型。
19、本专利技术一实施例中，所述侧向super-twisting滑模控制率的形成包括：
20、将侧向super-twisting滑模控制率分解为侧向标称控制率和侧向鲁棒控制率；
21、形成侧向标称控制率，对无扰动的侧向运动误差动力学模型进行标称控制，实现质心侧偏角误差有限时间稳定收敛；
22、形成鲁棒控制率，通过设计合理的滑模面及控制率对侧向运动误差动力学模型中的不确定扰动进行有效补偿。
23、本专利技术一实施例中，所述横摆super-twisting滑模控制率的形成包括：
24、将横摆super-twisting滑模控制率分解为横摆标称控制率和横摆鲁棒控制率；
25、形成横摆标称控制率，对无扰动的横摆运动误差动力学模型进行标称控制，实现横摆角速度误差有限时间稳定收敛；
26、形成横摆鲁棒控制率，通过设计合理的滑模面及控制率对横摆运动误差动力学模型中的不确定扰动进行有效补偿。
27、本专利技术一实施例中，所述车轮转角解耦的形成包括：
28、根据侧向标称控制率、侧向鲁棒控制率、横摆标称控制率、横摆鲁棒控制率输出的控制数据、各轴侧偏刚度、各轴与车辆质心的间距进行控制解耦，形成对应各轴轮胎的车轮转角。
29、本专利技术一实施例中，还包括：
30、通过调整侧向super-twisting滑模控制率和横摆super-twisting滑模控制率的控制参数对全轮转向系统控制性能进行优化。
31、本专利技术一实施例中，所述控制参数的优化包括：
32、对侧向标称控制率、侧向鲁棒控制率、横摆标称控制率、横摆鲁棒控制率中的侧偏角控制参数和横摆角速度控制参数根据车速进行迭代优化。
33、本专利技术实施例的多轴车辆全轮转向控制系统，包括：
34、动力模型定义模块，用于建立多轴车辆全轮转向系统的动力学模型，模型考虑全轮转向系统的非线性和不确定因素；
35、参考模型定义模块，用于根据转向系统动力学模型及系统转向特性形成车辆在高速和低速转向时的质心运动理想参考模型，形成全轮转向的理想参考轨迹；
36、误差模型定义模块，用于根据转向系统动力学模型和质心运动理想参考模型的运动差异形成车辆侧向运动和横摆运动的误差动力学模型；
37、侧向滑模控制模块，用于根据侧向运动的误差动力学模型构建侧向super-twisting滑模控制率，形成侧向有限时间稳定过程；
38、横摆滑模控制模块，用于根据横摆运动的误差动力学模型构建横摆super-twisting滑模控制率，形成横摆有限时间稳定过程；
39、车轮转角解耦模块，用于根据侧向super-twisting滑模控制率和横摆super-twisting滑模控制率形成的控制数据向各轴解耦形成各轴车轮转角。
40、本专利技术实施例的多轴车辆全轮转向控制方法与控制系统将转向系统的虚拟侧向控制力和虚拟横摆控制力矩分为补偿无扰动系统的标称控制率和克服不确定扰动的鲁棒控制率，对转向系统中的非线性和不确定性具有较好的处理能力；本专利技术所提出的super-twisting滑模控制采用连续鲁棒控制率替代了传统滑模控制中由sign函数构成的不连续切换控制率，可以有效抑制转向系统的抖振现象，从而改善转向控制效果；本专利技术所提出的标称控制率可使侧向运动误差动力学和横摆运动误差动力学的标称系统在有限时间内达到稳定状态，所提出的鲁棒控制率可在有限时间内对侧向运动误差动力学和横摆运动误差动力学的系统扰动进行补偿，使转向系统状态本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述转向系统动力学模型的形成包括：
3.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述质心运动理想参考模型的形成包括：
4.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述误差动力学模型的形成包括：
5.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述侧向super-twisting滑模控制率的形成包括：
6.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述横摆super-twisting滑模控制率的形成包括：
7.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述解耦的形成包括：
8.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，还包括：
9.如权利要求8所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述控制参数的优化包括：
10.一种多轴车辆全轮转向控制系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述转向系统动力学模型的形成包括：
3.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述质心运动理想参考模型的形成包括：
4.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述误差动力学模型的形成包括：
5.如权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法，其特征在于，所述侧向super-twisting滑模控...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜苗苗，李陆浩，李洪彪，白锦洋，朱炳辉，张骁，乔杰，
申请(专利权)人：北京航天发射技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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