無人駕駛汽車是未來智能交通系統(tǒng)的重要組成部分,軌跡跟蹤控制是實現(xiàn)無人駕駛技術(shù)的必要條件。目前,軌跡跟蹤精度及跟蹤過程中車輛的穩(wěn)定性問題受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。電動汽車是實現(xiàn)無人駕駛技術(shù)的最佳平臺,其中輪轂電機直驅(qū)電動汽車可以實現(xiàn)多種動力學(xué)控制,因此具有改善軌跡跟蹤效果的潛力。本文針對軌跡跟蹤問題,發(fā)揮輪轂電機直驅(qū)無人車差動轉(zhuǎn)向及橫擺力矩控制的優(yōu)勢,進(jìn)行協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向及協(xié)調(diào)驅(qū)動軌跡跟蹤控制策略研究,以提高軌跡跟蹤的控制效果。首先,進(jìn)行了前輪自主轉(zhuǎn)向下的軌跡跟蹤控制研究。分析了車輛動力學(xué)模型、運動學(xué)模型及輪胎模型,基于此利用模型預(yù)測控制（MPC）方法,設(shè)置目標(biāo)函數(shù)及約束邊界,通過二次規(guī)劃求解出用于跟蹤參考軌跡的前輪轉(zhuǎn)角。針對固定的預(yù)瞄時間難以兼顧不同工況下無人車的軌跡跟蹤精度與車輛的穩(wěn)定性問題,對MPC的預(yù)瞄時間進(jìn)行了多參數(shù)自適應(yīng)控制研究�？紤]參考軌跡的曲率,通過經(jīng)驗公式對預(yù)測步數(shù)進(jìn)行調(diào)整,同時基于軌跡偏差及車速,采用模糊控制對預(yù)瞄步長進(jìn)行調(diào)整,從而實現(xiàn)預(yù)瞄時間自適應(yīng)控制。搭建了AMESim與Simulink聯(lián)合仿真平臺,并基于此進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明,采用自適應(yīng)預(yù)瞄時間的MPC控制器可以在不同的... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電動汽車驅(qū)動形式

面向軌跡跟蹤的輪轂電機直驅(qū)無人車協(xié)調(diào)控制研究10圖2.1車輛動力學(xué)模型Fig2.1Vehicledynamicsmodel根據(jù)牛頓第二定律，建立車輛橫向、縱向及橫擺動力學(xué)模型。車輛沿x軸的縱向動力學(xué)表達(dá)式為：xrrxrlxfrxflFFFFymxm(2.1)沿y軸的橫向動力學(xué)表達(dá)式為：yrryrlyfryflFFFFxmym(2.2)沿z軸的橫擺動力學(xué)表達(dá)式為：)()()(xrrxrlxfrxflsyrryrlryfryflfFFlIFFFFFlFl(2.3)式中，m為車輛質(zhì)量（kg）；I為車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；x、x分別為車輛的縱向速度（m/s）及加速度（m/s2）；y、y分別為車輛的側(cè)向速度（m/s）及側(cè)向加速度（m/s2）；、、分別為車輛的航向角（rad）、橫擺角速度（rad/s）及橫擺角加速度（rad/s2）；fl為質(zhì)心到前軸的距離（m），rl為質(zhì)心到后軸的距離（m），sl為二分之一左右輪輪距（m）；xijF為前后左右輪胎所受的x方向的力（N），yijF為前后左右輪胎所受的y方向的力（N），其中rfi,，分別代表前后，rlj,，分別代表左右。將車輛動力學(xué)與運動學(xué)相結(jié)合，通過坐標(biāo)變換，得到車輛在地面坐標(biāo)系中的運動方程：cossinsincosyxYyxX(2.4)對輪胎受力進(jìn)行分析，將其合力分解為輪胎的縱向力與側(cè)向力：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文11cijlijiiiiyijxijFFFFcossinsincos(2.5)式（2.5）中，lijF、cijF分別代表各個輪胎的縱向力與側(cè)向力（N），i為前后輪轉(zhuǎn)角（rad），其中前輪轉(zhuǎn)角為，后輪轉(zhuǎn)角為0。通過以上公式可以看出，輪胎作為車輛與地面的接觸載體，其動力學(xué)特性對車輛有著重要影響，在建立車輛動力學(xué)模型時需要對輪胎模型進(jìn)行分析。目前，輪胎模型主要分為理論輪胎模型、經(jīng)驗輪胎模型及物理輪胎模型等[54]。其中，pacejka等學(xué)者以經(jīng)驗輪胎模型為基礎(chǔ)，提出了魔術(shù)輪胎公式，在行業(yè)內(nèi)受到了廣泛地認(rèn)可[55]。魔術(shù)輪胎公式主要利用三角函數(shù)組合公式擬合輪胎數(shù)據(jù)，得到輪胎縱向力、側(cè)向力、回正力矩（N·m）、側(cè)偏角（rad）及滑移率等之間的關(guān)系，以此反映輪胎在不同情況下的特性，其表達(dá)式一般為:CDxY))]}arctan((arctan[sin{)(EBxBxBx(2.6)式中，x為輸入變量，為輪胎的縱向滑移率、側(cè)偏角、外傾角（rad）與車輪垂直載荷（N）；y為輸出變量，為縱向力、側(cè)向力及回正力矩；C為形狀因子，D為峰值因子，B為剛度因子，E為曲率因子；魔術(shù)輪胎公式輸入變量與輸出變量具體關(guān)系如圖2.2所示：圖2.2魔術(shù)輪胎公式模型Fig2.2Magictireformulamodel輪胎模型具有較強的非線性，不利于控制器的設(shè)計，而在輪胎側(cè)偏角與縱向滑移率較小時，上述輪胎模型的輪胎力可以近似地用線性函數(shù)來表達(dá)。當(dāng)側(cè)向加速度gay4.0時，利用線性表達(dá)式描述輪胎力不僅具有較高的的擬合精度，同時還將大大減小控制器設(shè)計的復(fù)雜度，在此范圍內(nèi)，輪胎的縱向力與側(cè)向力表達(dá)式如下：ccllF,CFsC(2.7)


本文編號：3367837