智能车辆转向变结构控制方法的研究
王荣本 马 雷 储江伟 郭 烈
(吉林大学交通学院,长春 130025)
[摘要] 从车辆的转向动力学和预瞄运动学特性出发,结合转向系统的系统辨识,建立了车辆转向系统的线性模型。运用变结构滑模控制理论和多模型切换,使车辆转向控制具有良好的跟踪性能和鲁棒性。叙词:智能车辆,变结构控制,系统辨识
1 前言
随着智能交通运输系统(ITS)的迅速发展,作为ITS中一个重要组成部分的智能车辆已成为此领域的研究热点。对于智能车辆的研究而言,车辆的导航控制又是进行其它研究的基础,因此导航控制是智能车辆研究中的核心问题之一。近年来也有一些关于车辆转向控制的论文发表[1-4],但大都是用PID控制器或最优控制器,PID控制器为单偏差控制器,很难反映车辆转向这个复杂系统;最优控制一般都把被控对象简化为线性时不变系统,这将降低车辆导航控制稳定性,因此作者采用变结构控制理论对车辆转向系统控制进行了深入的研究。由于变结构控制器最大的优点是其滑动模态对外部摄动及参数的变化具有很强的鲁棒性,因此可以把汽车转向控制模型时变参数如:车辆速度v,行驶路面的表面特性,以及轮胎非线性特性均视为系统的摄动,这样可以在很大程度上克服PID控制器和最优控制器的缺点。
2 车辆转向系统线性模型建立
2.1 车辆二自由度转向动力学模型
汽车被简化成两轮车的平面模型,是一个具有侧向及横摆运动的两自由度计算模型[5],表达如下。
在加速度型达到律中有加速度项α和G两个变量,这两个变量对控制器的品质有一定的影响。通过仿真实验可以得出如下结论:从理论上G值越大系统收敛越快,但是G值不应选较大,因为在G值较大时,系统收敛过于迅速,使横摆角速度急剧增大,使控制效果变差。加速度项α选0.7较为合理。图8是vx=45km/h、G =15,α=0.7时的仿真曲线。
4 现场实验与结论
图9是vx=45km/h跟踪直线时的实验曲线。车辆在直线平稳导航时,转向盘是几乎不动的,因此车辆除侧向偏差略有变化外其余的状态变化范围很小。通过曲线可知车辆在高速行驶时,侧向偏差yL是渐进收敛的,而其他的状态变化不大,这说明在控制器的作用下车辆行驶平稳。
文中提供了一种设计车辆转向控制器的思路,对于运动学模型相同的车辆有很好的参考价值。这里提出的变结构控制设计方法从理论上是可以推广到更高速的情况,但是由于实验场地和实验车辆本身的限制无法做更高速导航实验和高速大转弯实验,是令人遗憾的。如果以后客观条件允许,将进行上述实验。
|
