多輪獨立驅動差動轉向無人車輛高速運動控制

《多輪獨立驅動差動轉向無人車輛高速運動控制》是依託同濟大學，由熊璐擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多輪獨立驅動差動轉向無人車輛高速運動控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：熊璐
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

多輪獨立驅動差動轉向無人車輛具有可靠性高、機動性強等諸多優勢，有廣泛的套用前景，已成為地面戰爭的重要裝備。現代戰爭對此類車輛高速機動的能力提出了更高的需求，高速下該類型車輛的動力學具有強非線性、欠驅動、內動態不穩定的特徵，基於非完整全驅動模型的運動控制不再適用，多輪獨立驅動差動轉向無人車輛高速運動控制這一關鍵技術問題仍未得到有效解決。 本項目通過分析控制分配最佳化目標與系統平衡點穩定性的關係，設計差動轉向車輛非線性控制分配算法；採用分層控制方法，將控制系統分解為運動控制系統與動力學控制系統兩個低維子系統的互聯，探索保證其內動態穩定的高速路徑跟蹤控制方法；設計能夠在車輛參數以及環境不確定的條件下魯棒鎮定高速運動車輛的控制算法，最終實現車輛在高速下的良好機動性與穩定性。 本項目將豐富差動轉向車輛非線性動力學與運動控制理論，推動高速無人車輛技術套用與發展。

結題摘要

隨著車輛智慧型化的快速發展，差動轉向無人車輛也越來越廣泛被用於災區救援和軍事行動等場合。目前的研究一般都使用非完整約束來建立車輛動力學或者運動學模型，並且隨後建立的綜合控制律強烈依賴於車輛的非完整性。然而，非完整約束不滿足車輛在高速下的情況。因此，本研究不採取非完整約束的假設，對車輛系統平衡點分布情況和平衡點周圍系統的耦合特性進行了研究，從而得到汽車在以車速和橫擺角速度作為輸出時，其內動態是局部漸進穩定的。然後基於魯棒和抗飽和控制策略設計了動力學控制器，實現了車輛對於航向角信號的跟蹤同時並保持內動態的穩定。為了實現車輛對於一般工況下目標軌跡的跟蹤，本文將運動學系統線性化後設計了運動學控制器。考慮到差動轉向車輛的動力學特性，針對直線行駛、轉向工況設計了以能耗最佳化為目標的控制分配策略，保證車輛狀態能夠跟隨上層指令的同時，提高車輛的整體效率，減小能耗。 除了理論分析之外，還對運動學與動力學控制器的特性進行了仿真分析。仿真結果表明，所設計的動力學控制器對於一階導數恆定或者時變的航向角信號都具有良好的跟蹤能力，且對於模型參數誤差有良好魯棒性。所設計的運動學及動力學控制器具有互聯穩定性，並對於一般工況下的目標軌跡都具有良好的跟蹤性能。而對於控制分配算法的仿真結果表明，所提出的分配策略可以有效減少差動轉向車輛在行駛過程中的能耗。 最後，基於某型號差動轉向車輛，分別於高附路面和低附路面條件下進行了實車試驗，試驗結果表明，所設計的控制器可以很好的跟蹤上層指令，實現預期效果。