考虑侧向稳定性的四轮转向车辆横纵向综合控制器设计

摘要

为提高车辆的跟踪精度与侧向稳定性，根据四轮转向车辆的机动性特点，设计1种考虑侧向稳定性的横纵向综合跟踪控制器。基于上层提供的参考速度，在考虑道路曲率与侧向加速度约束的条件下进行安全速度约束，得到平滑的安全速度曲线；将横向跟踪与速度跟踪结合，搭建基于模型预测控制算法的横纵向跟踪综合控制模块，以参考路径、安全速度为目标，求解横纵向同时约束下的前后轮转角与纵向期望加速度；基于车辆逆纵向动力学模型设计纵向下位控制模块，考虑车辆载荷转移效应，根据纵向期望加速度计算电机扭矩与车轮制动力矩；选用CarSim与Matlab/Simulink平台进行双移线工况联合仿真实验，且与横纵向独立控制器进行实时性对比，验证设计控制器的跟踪精度和侧向稳定性。结果表明：设计控制器的跟踪效果较佳，横向跟踪误差峰值为0.038 4 m、横摆角误差峰值为0.27°、速度跟踪误差峰值为0.097 3 km/h、车辆侧向加速度不超过0.4g，且合加速度处于附着椭圆内，可满足精度与稳定性要求；同时控制器迭代时间较独立控制器缩短了29.1%，有效提高了车辆控制的实时性。

关键词

路径跟踪 / 速度控制 / 四轮转向 / 横纵向综合控制 / 模型预测控制 / 联合仿真

基金资助

湖北省重大研发计划项目(2020AAA001); 湖北省重点研发计划项目(2020BAB099)