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基于四轮转向和直接横摆力矩控制的自主地面车辆LPV/H∞路径跟踪控制器设计
2022-03-01 20:37:54· 来源：同济智能汽车研究所
图13 单车道变换仿真中的外部横摆力矩
图14 单车道变换仿真中的横向速度
图15 单车道变换仿真中的横摆角速度
4.2. 环形路径操控
在环形路径控中，验证了4WS+DYC控制系统的优越性，并与AFS、AFS+DYC、4WS+DYC进行了比较。以恒定速度20m/s行驶的车辆突然进入半径为115m的环形轨道，路面摩擦系数为0.8。需要注意的是，四种控制系统的路径跟踪控制器均采用LPV/H∞控制器。
图16显示了四种控制系统在环形路径仿真情况下的路径跟踪结果，可以明显看出AFS的跟踪误差最大。此外，横向位置误差和航向角误差分别如图17和图18所示。从图中可以发现，4WS+DYC的横向位置误差和偏航角误差最小，收敛速度最高，这意味着4WS+DYC在四个控制系统中具有最好的路径跟踪性能。此外，可以看出，4WS的路径跟踪性能优于AFS+DYC，这是由于4WS系统可实现后轮转向，有效地减小了车辆的侧滑角，从而减小了路径跟踪误差。
控制变量前后转向角和外部横摆力矩的仿真结果如图19~21所示。图22显示了横向速度的变化，从中可以看出，4WS+DYC可以使横向速度快速减小至零。相比之下，AFS和AFS+DYC横向速度较大，会使操纵稳定性变差，而4WS的收敛速度较慢。图23显示了车辆的横摆角速度。
图16 环形路径仿真中的路径跟踪结果
图17 环形路径仿真中的横向位置误差
图18 环形路径仿真中的偏航角度误差
图19 环形路径模拟中的前转向角
图20 环形路径模拟中的后转向角
图21 环形路径模拟中的外部横摆力矩
图22 环形路径模拟中的横向速度
图23 环形路径模拟中的横摆角速度
5 结论
本文提出了一种4WIS-4WID电动汽车的路径跟踪控制方法。以横向位置误差和航向角误差为性能指标，建立了路径跟踪数学模型。为了减小车辆模型不确定性的影响，利用LPV方法将路径跟踪模型转化为具有八个顶点的多面体模型。基于LMI方法，设计高水平的LPV/H∞ 控制器用于4WIS-4WID电动汽车的路径跟踪。下层控制器用于分配左右两侧车轮之间扭矩，产生所需的总纵向力和外部横摆力矩。基于在CarSim中构建的高精度整车模型进行数值模拟，评估所设计控制器的有效性并比较不同控制系统的性能，即AFS、AFS+DYC、4WS和4WS+DYC。仿真结果表明，与固定增益H∞控制器相比，LPV/H∞控制器在低附着系数路面上具有更大的控制潜力。4WS+DYC控制系统具有更好的路径跟踪性能和操纵稳定性。未来将对所提出的路径跟踪控制方法进行实验验证。
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