分布式电驱动无人高速履带车辆越野环境轨迹预测方法研究

越野环境下,无人车辆轨迹预测是车辆轨迹跟踪和精确导航的核心模块,预测误差将直接影响无人车辆行驶任务完成的准确程度。为实现速差转向式履带车辆在复杂越野环境下无人行驶轨迹准确预测的目的,搭建了分布式电驱动无人履带车辆系统,实现了车辆动态过程中的无人系统数据和车辆底层状态数据的同步采集。建立了速差转向车辆运动学模型,分析了履带车辆滑动转向特性。分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法和Levenberg-Marquardt方法对转向过程中的滑动参数进行估计,并完成了车辆轨迹预测。基于真实越野环境下的实车数据进行了验证。试验结果表明：相比于履带车辆理想预测模型,所采用的两种轨迹预测方法都大幅降低了车辆轨迹预测误差;对误差均值而言,EKF方法预测轨迹优于Levenberg-Marquardt方法;对误差标准差而言,后者优于前者,且随着转向程度的增加而增大。     

多轴分布式驱动无人车辆极限操纵状态整车集成控制方法

包络线控制起源于航空航天工业,它提供了飞行状态的安全保障和机动边界,为飞行器控制带来了良好效果。基于8×8多轴分布式驱动无人车辆和包络线方法核心思想,提出一种将车辆推向极限的整车动力学控制器。通过建立轮胎滑移圆提出一种新的方法以用于评估车辆驱动力状态,并将轮胎滑移状态与车辆“g-g”图相结合,用来实现无人驾驶状态下逼近车辆操纵能力极限,发挥车辆动力性能与灵活性能,同时确保在轨迹跟踪时的跟踪精度,精准高效地完成平台任务。考虑外界环境不确定扰动与因素变化对极限状态下车辆稳定性影响,基于车辆横向动力学模型的稳定特性分析,获得不同条件下稳定域相平面,并探索其变化机理、归纳数学描述表达式。通过对车辆稳定相平面的分析,提出以车辆横摆力矩为输出的稳定保持控制器。针对上层控制器驱动力与横摆力矩的输出,设计下层转矩分配控制策略,通过冗余执行器的最优分配实现整车性能发挥。整车集成控制策略部署于一辆8×8原型试验车辆,在越野路面上进行多项科目测试,试验结果表明：在高速条件下,无人车在轨迹跟踪中具有更好的动力性能和安全性能。     

分布式电驱动履带车辆驱动扭矩分配方法研究

分析了分布式电驱动履带车辆驱动扭矩分配对履带张紧力的影响.提出了基于效率最优的驱动扭矩分配方法:当一侧扭矩和不大于当前电机转速下最高效率点对应的扭矩时,前侧电机输出该侧所需所有扭矩;反之,前后两电机输出相同的驱动扭矩.提出了电机故障模式下驱动扭矩分配方法,实现驱动系统的容错控制.基于Matlab/Simulink建立了分布式电驱动履带车辆仿真模型.仿真结果表明,该扭矩分配方法有效可行.     

特种车辆多轮分布式电驱动系统设计研究

为建立适用于特种车辆的多轮分布式电驱动系统,以某6×6特种车辆为研究对象,分析了多轮分布式驱动特种车辆的系统总体构成及特点;将整车驱动系统划分为驱动控制、整车控制、驾驶员操纵、能量管理等几个核心模块,结合特种车辆实车特点,分别对各模块进行了设计及研究.并重点分析了多轮分布式电驱动的整车控制方法、整车扭矩协调控制策略、驱动力控制流程、电子差速控制模型及方法等.通过对多轮分布式驱动系统各个关键功能模块的建立和分析,完善了特种车辆多轮分布式电驱动系统设计.     

分布式电驱动履带车辆驱动力协调控制策略研究

以某型分布式电驱动履带车辆为研究对象,为解决多驱动电机输出动力匹配的问题,提出一种分层协调控制策略。建立驱动力分层协调控制结构,将系统分为运动控制层、控制分配层以及防滑控制层;针对车辆主、从结构过驱动的特点,采用基于规则的方法设计主、从电机分配律,采用二次规划法设计轮毂电机优化分配律,并利用加权最小二乘法进行解算,以提高电动负重轮附着裕度,降低电动负重轮与履带轨面间的摩擦耗散能;设计了线性自抗扰防滑控制器,避免电动负重轮过度“滑转”,保证电动负重轮与履带轨面的有效附着。基于Matlab和RecurDyn的联合仿真实验表明,控制分配器能够实现驱动电机群力矩的优化分配,线性自抗扰控制器能够实现复杂路面条件下电动负重轮的防滑控制,提高车辆动力传递的稳定性和效率。     

基于粒子群优化-蚁群融合算法的分布式电驱动车辆模型预测转矩协调控制策略

针对分布式电驱动车辆多动力源耦合作用和高度非线性造成的动力学控制难题,以7自由度整车动力学模型为预测模型,以粒子群优化-蚁群融合算法为优化方法,提出一种基于粒子群优化-蚁群融合算法的模型预测转矩协调控制策略,并搭建了仿真实验和实车试验平台,进行了多种工况试验。试验结果表明,新提出的转矩协调控制策略能够根据试验工况调整控制模式,实现动力性、经济性和操纵稳定性的综合最优控制效果。     

非结构道路场景下轮式无人车辆避障算法

针对非结构化道路下轮式无人车辆的避障问题,提出一种基于模型预测控制的避障算法。在没有离线地图和参考轨迹的非结构化场景下,通过优化方法直接获得车辆运动的轨迹、前轮转角与参考纵向加速度,同时满足车辆运动约束与避障功能。利用车辆感知信息,根据非结构化道路场景将避障问题划分为分段最优控制问题;明确最优控制问题各段的车辆约束与评价指标,并将约束转换为与车辆横纵向控制相关的形式,进而对最优控制问题进行求解。实车测试结果表明,该算法在非结构道路中实现了轨迹规划,规划结果满足车辆约束并使得车辆实现避障。     

双侧独立电驱动履带车辆反馈线性化解耦与预测行驶控制

针对双侧独立电驱动履带车辆行驶动力学耦合和跟踪优化的控制问题,提出一种解耦和预测控制方法.在车辆仿射非线性模型基础上,通过反馈线性化消除系统动力学耦合因素,实现纵向车速和横摆角速度的解耦控制;对解耦后的速度和横摆角速度子系统分别设计自适应广义预测控制算法,采用递推最小二乘法辨识受控自回归积分滑动平均模型的参数以修正控制...     

高速电驱动履带车辆操纵特性分析

为了奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,进行了高速电驱动履带车辆开环操纵特性分析及高速电驱动履带车辆横摆运动响应试验,并在此基础上完成了基于人-车-路闭环系统的电驱动履带车辆操纵特性分析。研究结果表明：车速越高,横摆角速度稳定值越小;路面条件越好,车辆横摆角速度响应越快;当考虑电驱动车辆的动态响应特性后,保证闭环系统稳定的驾驶员预瞄时间需要增大,驾驶员最短反应滞后时间缩短;驱动电机响应速度越快,使系统稳定的最小预瞄时间越大。     

自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制

为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制（MPC）路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明：所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。     

多轮独立电驱动车辆转向稳定性集成控制研究

为提高多轮独立电驱动车辆转向稳定性,提出一种以直接横摆力矩控制为核心的集成控制方法,分别设计直接横摆力矩上层目标跟踪控制器和下层转矩协调控制器,并对下层控制器进行多层次优化设计。采用转矩预分配、最优滑转率控制分配和补偿分配相结合的多层次分配结构,实现系统层面和单个驱动轮转矩的优化分配控制,最大限度减小横摆力矩执行误差。基于某型8轮独 立电驱动试验样车,进行低附着路面和良好路面双移线行驶试验。试验结果表明：设计的集成控制器有效提高了车辆转向的稳定性,能实现对期望转向轨迹的良好跟踪。     

轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制仿真

为实现8×8轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制,采用分层控制的驱动力矩分配思想,在顶层基于一种 G－向量控制方法,利用车辆的横向加速度信息对车辆的总驱动力矩进行修正;在中间层次基于直接横摆转矩控制的思想,实现两侧驱动力矩的合理分配;在底层采用驱动防滑控制,实现各驱动轮转矩的优化分配。基于“驾驶员－综合控制器”在环实时仿真系统进行实时仿真试验,对稳定性控制算法和车辆综合控制算法代码进行验证,仿真结果表明该控制方法能够有效抑制车辆的横向运动,提高车辆行驶稳定性。     

新型电传动车辆驱动控制系统设计

为满足战场对军用车辆的特殊要求,针对一吨级军用轮式车辆,提出了一种由发动机-发电机组、电功率变换器、蓄电池、交流驱动电机组成的4×4混合电驱动方案,对方案中主要部件进行了匹配计算。在此基础上开发了基于CAN总线网络的分布式车辆驱动控制系统。驱动控制系统实现了车辆转向时的电子差速功能,且可提供多种不同制式的保障电源和三种不同的驾驶模式。试验结果表明,研究成果不仅实现了军用车辆的强动力、多功能等要求,且具有良好的稳定性。     

高速电驱动履带车辆联合制动转矩动态协调控制研究

针对高速电驱动履带车辆机械制动器、电机和电液缓速器3种执行部件联合制动转矩响应的问题,提出了机械制动器、电机和电液缓速器动态协调控制策略。基于制动需求和车速等因素进行稳态制动力分配,综合考虑3种执行部件动态响应特性,建立基于电机-电液缓速器二者联合制动和机械-电机-电液缓速器三者联合制动转矩动态协调控制策略,搭建面向工程应用的电驱动履带车辆传动系统仿真模型,利用实时仿真工具进行策略验证。仿真结果表明,在整个制动过程中该动态协调控制策略可提高车辆总制动转矩响应速度和精度,改善系统动态响应特性。     

采用线性自抗扰的电传动履带车辆电子差速控制

履带车辆行驶工况复杂多变,驱动电机调速范围宽,负载的非线性、不确定性和耦合性强,如何保持两侧电机速度差值恒定实现稳定行驶一直是研究的难点。文中提出一种电子差速控制策略,将线性自抗扰（LADRC）控制算法应用于永磁同步电机（PMSM）驱动系统调速控制中,利用线性扩张状态观测器估计所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,从而抑制扰动,提高系统动态性能。基于Matlab和RecurDyn软件开展联合仿真分析,进行电机台架试验。仿真及试验结果表明：采用LADRC调节的转速控制策略,响应快速无超调,抗扰能力强,参数适应性好,能有效提高车辆行驶稳定性,且算法计算量小,易于工程实现。     

考虑履带滑转滑移的电驱动履带车辆转向控制

为消除车辆转向过程中履带滑转滑移对电驱动车辆运动学控制的影响,准确实现车辆的转向轨迹控制,对考虑履带滑转滑移的电驱动车辆转向控制策略进行研究。分析表征履带车辆转向过程滑转滑移特性的转向半径修正系数及转向角速度修正系数,在此基础上提出考虑履带滑转滑移的转向控制策略,利用转向半径修正系数及转向角速度修正系数对电机转速控制指令进行修正。通过仿真和试验,对比了不考虑履带滑转滑移的转向控制策略和考虑履带滑转滑移的转向控制策略。结果表明,考虑履带滑转滑移的转向控制策略可以准确地实现转向控制目标,验证了该转向控制策略的可行性。