四轮独立转向独立驱动车辆路径跟踪控制策略研究
发布时间：2023-04-03 17:48
随着地面无人车辆在近年来的快速发展,其导航控制的精度和灵活性要求日益提高。一种四轮独立转向独立驱动(four-wheel-steering and four-wheel-drive,4WS4WD)车辆平台为解决上述问题提供了有效的方案,是当前地面无人车辆领域的重要研究方向。在应对非公路的复杂地面条件时,4WS4WD车辆的8个独立控制输入可以提供足够的控制自由度,使之有效克服侧向滑动和地面力扰动的影响。本文针对4WS4WD车辆路径跟踪控制中所涉及的复杂过驱动问题和高度耦合非线性问题进行了研究,进而给出了完整的路径跟踪控制策略。首先,本文针对4WS4WD车辆,提出以轮胎纵向力和转向角作为控制输入的力控制4WS4WD(FC-4WS4WD)车辆控制方式。分析并建立了车辆的运动学模型及动力学模型。其中,运动学模型是基于自行车模型近似的二自由度模型,模型中考虑了侧向速度和等效侧偏角的影响;动力学模型的分析包括了八自由度车体动力学模型、轮胎动力学简化模型和基于PID控制器的驱动单元模型。通过仿真对比了运动学模型、动力学模型的效果,验证了所提出动力学模型的有效性,为后续4WS4WD车辆路径跟踪控制策略...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 4WS4WD车辆路径跟踪系统研究综述
1.2.1 智能车辆发展历史与现状
1.2.2 4WS4WD车辆研究综述
1.2.3 车辆路径跟踪控制策略研究综述
1.3 问题提出及主要研究内容
1.3.1 问题提出
1.3.2 主要研究内容
1.3.3 论文结构安排
2 4WS4WD车辆系统建模研究
2.1 引言
2.2 力控制4WS4WD车辆基本介绍
2.2.1 车辆结构
2.2.2 坐标系及参数变量定义
2.3 运动学模型
2.4 动力学模型
2.4.1 车体动力学模型
2.4.2 轮胎简化模型
2.4.3 传感器与驱动单元模型
2.5 模型仿真验证
2.6 本章小结
3 路径跟踪控制策略研究
3.1 引言
3.2 4WS4WD车辆路径跟踪误差模型
3.2.1 路径跟踪问题描述
3.2.2 KBOM模型及其线性化
3.2.3 OMFC模型及其线性化
3.3 上层控制策略——离线简化模型预测控制
3.3.1 算法推导
3.3.2 算法应用
3.4 下层控制策略——线性控制分配
3.4.1 线性控制分配问题描述
3.4.2 算法推导
3.5 仿真试验及结果分析
3.5.1 仿真试验设计
3.5.2 无扰试验结果分析
3.5.3 有扰试验结果分析
3.6 本章小结
4 基于非线性控制分配的改进控制策略研究
4.1 引言
4.2 4WS4WD车辆非线性控制分配问题描述
4.3 SQP非线性控制分配算法
4.3.1 SQP算法基本原理
4.3.2 算法提出
4.3.3 算例验证
4.4 PSO智能控制分配算法
4.4.1 PSO算法基本原理
4.4.2 算法提出
4.4.3 算例验证
4.5 非线性控制分配应用——整车系统仿真验证
4.6 本章小结
5 基于鲁棒模型预测控制的改进控制策略研究
5.1 引言
5.2 系统不确定性模型分析
5.2.1 不确定模型的分类及描述
5.2.2 多扰动不确定模型的建立
5.3 多扰动鲁棒模型预测控制算法
5.4 仿真结果分析
5.4.1 算例验证
5.4.2 整车系统仿真验证
5.5 本章小结
6 力控制4WS4WD车辆系统实现与路径跟踪实验
6.1 引言
6.2 4WS4WD车辆平台
6.2.1 车辆硬件结构设计
6.2.2 测控系统及软件设计
6.3 实验验证
6.3.1 实验设置
6.3.2 实验结果分析
6.4 本章小结
7 结论
7.1 论文工作总结
7.2 创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3780861
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 4WS4WD车辆路径跟踪系统研究综述
1.2.1 智能车辆发展历史与现状
1.2.2 4WS4WD车辆研究综述
1.2.3 车辆路径跟踪控制策略研究综述
1.3 问题提出及主要研究内容
1.3.1 问题提出
1.3.2 主要研究内容
1.3.3 论文结构安排
2 4WS4WD车辆系统建模研究
2.1 引言
2.2 力控制4WS4WD车辆基本介绍
2.2.1 车辆结构
2.2.2 坐标系及参数变量定义
2.3 运动学模型
2.4 动力学模型
2.4.1 车体动力学模型
2.4.2 轮胎简化模型
2.4.3 传感器与驱动单元模型
2.5 模型仿真验证
2.6 本章小结
3 路径跟踪控制策略研究
3.1 引言
3.2 4WS4WD车辆路径跟踪误差模型
3.2.1 路径跟踪问题描述
3.2.2 KBOM模型及其线性化
3.2.3 OMFC模型及其线性化
3.3 上层控制策略——离线简化模型预测控制
3.3.1 算法推导
3.3.2 算法应用
3.4 下层控制策略——线性控制分配
3.4.1 线性控制分配问题描述
3.4.2 算法推导
3.5 仿真试验及结果分析
3.5.1 仿真试验设计
3.5.2 无扰试验结果分析
3.5.3 有扰试验结果分析
3.6 本章小结
4 基于非线性控制分配的改进控制策略研究
4.1 引言
4.2 4WS4WD车辆非线性控制分配问题描述
4.3 SQP非线性控制分配算法
4.3.1 SQP算法基本原理
4.3.2 算法提出
4.3.3 算例验证
4.4 PSO智能控制分配算法
4.4.1 PSO算法基本原理
4.4.2 算法提出
4.4.3 算例验证
4.5 非线性控制分配应用——整车系统仿真验证
4.6 本章小结
5 基于鲁棒模型预测控制的改进控制策略研究
5.1 引言
5.2 系统不确定性模型分析
5.2.1 不确定模型的分类及描述
5.2.2 多扰动不确定模型的建立
5.3 多扰动鲁棒模型预测控制算法
5.4 仿真结果分析
5.4.1 算例验证
5.4.2 整车系统仿真验证
5.5 本章小结
6 力控制4WS4WD车辆系统实现与路径跟踪实验
6.1 引言
6.2 4WS4WD车辆平台
6.2.1 车辆硬件结构设计
6.2.2 测控系统及软件设计
6.3 实验验证
6.3.1 实验设置
6.3.2 实验结果分析
6.4 本章小结
7 结论
7.1 论文工作总结
7.2 创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3780861
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