高冗余结构电动汽车的最短时间路径跟踪算法

高冗余结构电动汽车的最短时间路径跟踪算法

车辆电子辅助驾驶的下一目标是实现完全自动驾驶，为了使之有效和安全，必须面临许多技术的挑战，特别是在环境感知、路径规划和运动控制等方面。现代电动汽车经常设计冗余的执行机构和驱动轮，并结合适合的运动器设计以实现最优融合多个目标（如动力、安全和驾驶方向控制）。本文基于这样的技术背景，针对配置高冗余驱动器的车辆设计了运动控制层，致力于路径跟踪算法的研究，旨在优化车辆运动时的性能和能耗，使得车辆能在最短时间、最少能源消耗的情况下沿着预定的几何路径行驶。

路径跟踪算法最主要的难点在于车辆动力学模型的复杂性，本文忽略了车辆的滚动和俯仰动力学，设计了4轮驱动和4轮转向的非线性车辆模型。车辆控制器的主要目标是确定每个车轮的扭矩和转向角度，使车辆在最短时间或最少能源消耗的情况下，跟随给定的参考路径。

车辆运动控制器由多层控制组成：最佳前馈系统、路径规划和速度控制。车辆运动控制器负责车辆的运动控制，根据输入的参考路径，通过反馈计算分配各车轮的扭矩和转向角，实现高冗余驱动器的多目标优化。

在CarSim仿真环境中对建立的车辆动力学模型进行了仿真测试，证明了该方法的有效性。研究还显示了车辆路径跟踪器在时间和能耗之间的权衡结果。未来的工作将使用实时前馈系统组件的运动控制器以解决路径跟踪算法和路径规划层之间的交互。

刊名：Transactions on Control Systems Technology（英）

刊期：2016年第2期

作者：Ricardo de Castro et al

编译：黄晓峰