高冗余結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車的最短時(shí)間路徑跟蹤算法

車輛電子輔助駕駛的下一目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛，為了使之有效和安全，必須面臨許多技術(shù)的挑戰(zhàn)，特別是在環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制等方面?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車經(jīng)常設(shè)計(jì)冗余的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪，并結(jié)合適合的運(yùn)動(dòng)器設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)融合多個(gè)目標(biāo)（如動(dòng)力、安全和駕駛方向控制）。本文基于這樣的技術(shù)背景，針對(duì)配置高冗余驅(qū)動(dòng)器的車輛設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制層，致力于路徑跟蹤算法的研究，旨在優(yōu)化車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能和能耗，使得車輛能在最短時(shí)間、最少能源消耗的情況下沿著預(yù)定的幾何路徑行駛。

路徑跟蹤算法最主要的難點(diǎn)在于車輛動(dòng)力學(xué)模型的復(fù)雜性，本文忽略了車輛的滾動(dòng)和俯仰動(dòng)力學(xué)，設(shè)計(jì)了4輪驅(qū)動(dòng)和4輪轉(zhuǎn)向的非線性車輛模型。車輛控制器的主要目標(biāo)是確定每個(gè)車輪的扭矩和轉(zhuǎn)向角度，使車輛在最短時(shí)間或最少能源消耗的情況下，跟隨給定的參考路徑。

車輛運(yùn)動(dòng)控制器由多層控制組成：最佳前饋系統(tǒng)、路徑規(guī)劃和速度控制。車輛運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)車輛的運(yùn)動(dòng)控制，根據(jù)輸入的參考路徑，通過(guò)反饋計(jì)算分配各車輪的扭矩和轉(zhuǎn)向角，實(shí)現(xiàn)高冗余驅(qū)動(dòng)器的多目標(biāo)優(yōu)化。

在CarSim仿真環(huán)境中對(duì)建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了仿真測(cè)試，證明了該方法的有效性。研究還顯示了車輛路徑跟蹤器在時(shí)間和能耗之間的權(quán)衡結(jié)果。未來(lái)的工作將使用實(shí)時(shí)前饋系統(tǒng)組件的運(yùn)動(dòng)控制器以解決路徑跟蹤算法和路徑規(guī)劃層之間的交互。

刊名：Transactions on Control Systems Technology（英）

刊期：2016年第2期

作者：Ricardo de Castro et al

編譯：黃曉峰