[发明专利]前后双轴转向车辆的循迹控制方法

权利要求书

1.一种前后双轴转向车辆的循迹控制方法，其特征在于包括如下步骤：

简化前后双轴转向车辆为二自由度动力学模型；

建立前后双轴转向车辆与目标轨迹间的相对运动关系；

基于最优控制理论设计前后双轴转向车辆循迹控制器；

使用设计的前后双轴转向车辆循迹控制器，输出车辆前后轴转向角命令。

2.如权利要求1所述的前后双轴转向车辆的循迹控制方法，其特征在于，简化前后双轴转向车辆为二自由度动力学模型的方法如下：

假定车辆的左右前轮、左右后轮转向角相同，且车辆的前后轴转向角、轮胎侧偏角和质心侧偏角都很小，忽略车辆的俯仰、横摆运动和载荷转移，将前后双轴转向车辆简化为二自由度动力学模型；以汽车质心o为坐标原点，汽车纵向运动方向为x轴，车辆侧向运动方向为y轴，垂直地面方向为z轴建立坐标系；

对车辆受力分析，可得：

式中∑F_y为沿y轴方向合力，∑M_z为绕z轴的合力矩，F_yf、F_yr分别为前、后轮胎的侧向合力，l_f、l_r分别为前、后轴与车辆质心间距离，δ_f、δ_r分别为前轮、后轮转角；

设沿x、y方向车辆质心处的加速度为a_x、a_y，可得：

式中，V_x为车辆纵向车速,为车辆纵向车速变化率，V_y为车辆横向滑移速度,为车辆横向滑移速度变化率，ω为横摆角速度；

前轮、后轮转角δ_f、δ_r比较小，故取cosδ_f＝1，cosδ_r＝1由牛顿第二定律可得：

式中，I_z为车辆绕z轴的转动惯量，为车辆绕z轴旋转的角加速度；

轮胎侧向力F_y与轮胎侧偏角α的关系为：

F_y＝-Cα (4)

前轮侧偏角α_f可表示为：

后轮侧偏角α_r可表示为：

车辆二自由度动力学模型的方程为：

将上式整理为标准的状态空间方程:

3.如权利要求2所述的前后双轴转向车辆的循迹控制方法，其特征在于，建立前后双轴转向车辆与目标轨迹间的相对运动关系的方法如下：

D_l为前后双轴转向车辆循迹时设定的预瞄距离，e为车辆质心与期望轨迹目标点处的侧向偏差，e_l为车辆质心与期望轨迹预瞄点处的侧向偏差，为车辆横向中心线与期望轨迹目标点处切线的航向角偏差，则车辆横向中心线与期望轨迹目标点处切线的航向角偏差的微分方程为：

式中ρ为期望轨迹目标点处道路的曲率。

考虑车辆侧滑时，车辆侧向偏差微分方程为：

航向角偏差一般比较小，取则车辆位置与目标点的侧向偏差、航向角偏差与车辆运动参数之间的理论计算公式：