一种四轮独立转向车辆的转向控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆控制领域，具体涉及一种四轮独立转向车辆的转向控制方法。
【背景技术】
[0002] 四轮独立转向（4WIS)车辆的每个车轮的转向都可以独立控制，所有车轮转向时 可绕同一瞬时转向中心ICRQnstantaneous center of rotation)转向，且能保证车辆稳 态质心侧偏角保持为零，能够完成包括原地转向在内的多种运动模式。相比其它类型车辆， 车辆的机动性、可操控性都得到了提高，在科考、救援、智能交通、多功能物流车、农业特种 车辆等领域的应用越来越广泛。
[0003] 现有技术中，通常从动力学角度对车辆的运动进行控制，通过动力学求解可得出 能满足动力学约束的车轮运动轨迹，控制器通过车轮的动力学误差即目标转向角与实测转 向角之差，来确保车轮转向角度的精确度。采用传统的车轮位置控制方法对四轮独立转向 车辆的车轮的转向进行控制，可以保证各车轮能较好的跟踪各自的运动轨迹，但是车辆在 转向过程中，一旦某个车轮由于外部干扰等因素不能实时跟踪其运动轨迹，车辆的动力学 要求也就不能实时保证。
【发明内容】
[0004] 本发明是为解决上述问题而进行的，利用车轮的位置和转向角，在车辆坐标系中 通过对车辆转向瞬时中心的求解，得出各车轮的运动学误差，在车辆动力学控制的基础上， 实现车辆转向的动力学一运动学复合控制。
[0005] 本发明采用了如下技术方案：
[0006] 本发明提供的四轮独立转向的转向控制方法，利用控制系统控制四个车轮的转向 电机的旋转角度，具有这样的特征，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，控制系统对车辆的瞬时转向中心的坐标进行计算；
[0008] 步骤二，控制系统基于步骤一中的瞬时转向中心坐标计算各个车轮的运动学误差 以及动力学误差；
[0009] 步骤三，控制系统将运动学误差以及动力学误差之和作为车轮的转向角误差，并 依据转向角误差调节各个车轮的转向电机的转角，进而调节车轮的转向角，
[0010] 其中，车轮的实时运动学误差Ak的计算公式为：
【主权项】
1. 一种四轮独立转向车辆的转向控制方法，利用控制系统控制四个车轮的转向电机的 旋转角度，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，所述控制系统对所述车辆的瞬时转向中心的坐标进行计算； 步骤二，所述控制系统基于步骤一中所述瞬时转向中心坐标计算各个车轮的运动学误 差以及动力学误差； 步骤三，所述控制系统将所述运动学误差以及所述动力学误差之和作为车轮的转向角 误差，并依据所述转向角误差调节各个车轮的转向电机的转角，进而调节所述车轮的转向 角， 其中，所述车轮的运动学误差eik的计算公式为：
式中，< 为当前第i个车轮转向角的瞬时值；S ik为第i个车轮的实时运动学转向约 束角度，由下式计算得出：
其中，XcMO Yctck分别为车辆坐标系中车辆的瞬时转向中心坐标，X i、分别为车辆坐标 系中第i个车轮的位置坐标。
2. 根据权利要求1所述的四轮独立转向车辆的转向控制方法，其特征在于： 其中，所述车轮i的旋转轴为AXi,当四个车轮的所述旋转轴AXi相交一点时，交点坐标 为所述车辆的瞬时转向中心的坐标。
3. 根据权利要求1所述的四轮独立转向车辆的转向控制方法，其特征在于： 其中，当所述旋转轴AXiF相交时，所述车辆的瞬时转向中心的坐标通过下式计算：
4. 根据权利要求1所述的四轮独立转向车辆的转向控制方法，其特征在于： 其中，所述车轮的动力学误差ef的计算公式为：
式中：式为当前第i个车轮转向角的瞬时值；<为动力学目标转角。
5. 根据权利要求1所述的四轮独立转向车辆的转向控制方法，其特征在于： 其中，所述控制系统至少包括一个主控制器和四个分别控制四个车轮转向的转向运动 控制器， 所述主控制器用于计算车辆的瞬时转向中心以及车轮的实时运动学约束角度和动力 学目标转角，并将这些信息通过CAN总线传递给所述转向运动控制器， 所述转向运动控制器通过计算车轮的所述动力学误差以及所述运动学误差对各车轮 的转向电机进行闭环控制，同时所述转向运动控制器通过CAN总线将各车轮的实际转角信 息反馈给所述主控制器。
【专利摘要】本发明提供了一种四轮独立转向车辆的转向控制方法，在车辆坐标系下通过车轮的位置和转向角信号实时求解车辆的瞬时转向中心，并依据瞬时转向中心得到车辆的运动学误差，然后结合车辆的动力学误差，对车轮的转向角进行控制，完成车辆的转向，由于本发明提供的四轮独立转向车辆的转向控制方法中，主控制器结合车辆的动力学误差以及运动学误差，对车轮转向角进行控制，进一步提高了车辆转向的精准度；同时，通过运动学误差，将在机械构造上相对独立运动的车轮进行了虚拟连接，在转向过程中，如果一个车轮受到外部干扰转向角发生突变时，其他车轮协同运动，保证车辆转向的平稳性，提高了系统的鲁棒性。
【IPC分类】B62D137-00, B62D6-00, B62D5-04
【公开号】CN104527780
【申请号】CN201410740487
【发明人】来鑫
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月8日