自主地面車輛
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-02
自主地面車輛的實例教程
來源 | 同濟智能車研究所
編者按：近年來，隨著汽車智能化技術的飛速發(fā)展，軌跡跟蹤控制作為智能車輛的重點研究問題，成為國內(nèi)外學者廣泛關注的熱點。四輪轉(zhuǎn)向車輛可控自由度高，能有效改善車輛行駛的操縱性、穩(wěn)定性及安全性，是汽車未來發(fā)展的重要方向之一。目前大多數(shù)的軌跡跟蹤控制的研究集中于前輪轉(zhuǎn)向的車輛上，而對四輪轉(zhuǎn)向車輛的軌跡跟蹤控制的關注較少。這篇文章提出了一種基于四輪轉(zhuǎn)向自主地面車輛的路徑跟蹤控制方法，具有前瞻性的研究意義。
摘要：在本研究中，提出了一種新型四輪轉(zhuǎn)向電動汽車作為自主地面車輛。本文的目的是研究四輪轉(zhuǎn)向自主地面車輛智能駕駛的路徑跟蹤控制算法。在單軌模型的基礎上，建立了用于軌跡跟蹤控制器設計的軌跡跟蹤模型。接著建立了線性變參數(shù)系統(tǒng)模型，使路徑跟蹤控制器能夠適應不同的縱向速度和路面摩擦系數(shù)。再者，設計了一種用于路徑跟蹤的線性二次型調(diào)節(jié)器控制器，并進行了穩(wěn)定性分析。為了消除干擾引起的誤差，將前饋控制與線性二次型調(diào)節(jié)器控制器相結合。
為了驗證所設計控制器的路徑跟蹤性能，基于在CarSim中建立的高保真整車模型進行了數(shù)值仿真。此外，還進行了實際道路試驗。仿真和實驗結果表明，所設計的控制器具有良好的路徑跟蹤性能。另外，路徑跟蹤控制器對不同的縱向速度和路面摩擦系數(shù)具有良好的魯棒性。
關鍵詞：四輪轉(zhuǎn)向，自主地面車輛，路徑跟蹤，線性變參數(shù)系統(tǒng)
1 引言
近年來，隨著各種交通問題（包括擁堵和事故）的增加，自主地面車輛（AGV）已成為研究的熱點。
展開 背景及需求
通過性能也稱為越野性能，是車輛重要的性能之一，指在一定車載質(zhì)量下，車輛能以足夠高的平均車速通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力。其中的壞路或無路地帶指松軟土壤、沙漠、礫石、雪地等松軟地面及坎坷不平地段；各種障礙是指陡坡、側坡、壕溝等。根據(jù)車輛理論，許多因素都影響著車輛的通過性。概括起來主要有：動力來源方面，即發(fā)動機性能的好壞及驅(qū)動方式；車輛構造方面，包括驅(qū)動橋形式、車架形式；外形方面，如整車的流線型以及整體布局；與輪胎有關方面，如輪胎構型、材料等。行駛在地面上的車輛，輪胎是其與地面之間唯一的接觸部件，除空氣動力的作用和重力外，所有來自地面的作用力和力矩都由輪胎來傳遞或承擔。因此，探究地面—輪胎—整車相互作用，建立更接近地面—輪胎—整車系統(tǒng)實際工作狀況的模型是研究探尋車輛通過性和牽引特性的有效途徑，而這也是地面車輛力學中的重要內(nèi)容。
圖1 越野車輛
本方案基于離散元仿真，結合車輛仿真標準方法—多體動力學方法，形成顆粒力學-多體動力學耦合仿真平臺，在保證從細觀角度考察地面土壤的動態(tài)行為及輪胎與地面土壤接觸受力同時，能夠充分考察車輛的轉(zhuǎn)向性能、越障性能、牽引性能、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等，為設計軍用/民用越野車輛、軍用裝甲車輛、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械及深空探測車輛等提供指導，對國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展都具有重大意義。
展開 Challenge
在與美國陸軍(TARDEC)合作后，GLSV正在尋找一種方法來開發(fā)一種有效的主動噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，以減少進氣和排氣噪聲，并降低軍用地面車輛和發(fā)電機組中的風機和鼓風機所使用的高性能風扇的噪聲。
Benefits
使用ESI集團VA One, GLSV能夠在開發(fā)周期的各個階段中對排氣和風扇噪聲的有源噪聲控制(ANC)系統(tǒng)進行設計、分析和驗證。最大的收益是縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。
“VA One不僅引導我們采用高效，優(yōu)化的振動聲學解決方案，而且還引領了評估有源噪聲控制策略的方法。”
—— Greg Kangas
Engineering Project Leader Great Lakes Sound& Vibration
Story
Great Lakes Sound＆Vibration（GLSV）成立于1996年，致力于解決聲學，沖擊和振動問題。如今，GLSV具有綜合解決工程問題的能力，在國防，海運，汽車，越野和休閑車市場擁有強大的背景。他們的優(yōu)勢在于解決挑戰(zhàn)性問題時的多樣性和能力，這需要廣泛的知識和綜合的能力。GLSV與美國陸軍坦克汽車研究，開發(fā)和工程中心（TARDEC）合作時，目標是開發(fā)有源噪聲消除（ANC）系統(tǒng)，減少在軍用地面車輛和發(fā)電機中使用的風扇和鼓風機的進、排氣以及高性能風扇的噪聲。
由于之前的仿真經(jīng)驗, GLSV知道VA ONE將是這項工作的最佳工具。在開發(fā)周期的各個階段，GLSV利用VA One設計、分析和驗證了有源消聲(ANC)系統(tǒng)的開發(fā)，以消除排氣和風扇噪聲。他們開發(fā)用于低頻(低于300hz) 進、排氣噪聲，以及中頻(低于1400 Hz)風扇噪聲的ANC系統(tǒng)。
展開 六軸寬軌12自由度車輛--地面不平順耦合模型 條件:剛性路面 車輛特點:12自由度 車橋耦合動力學數(shù)值模擬分析
在戰(zhàn)場上，地面車輛的機動性堪稱任務成功與否的分水嶺。當今的國防環(huán)境需要打造一種可快速部署、高機動性的車輛平臺，能夠在各種地形和道路類型之間可靠地操作。近年來，針對不同的環(huán)境條件和操作場景進行性能評估的車輛仿真能力已大幅提升。
為了支持下一代北約參考機動性模型（NG-NRMM）項目，對現(xiàn)有 CAE 機動性分析能力進行評估，使用了各種不同的海克斯康產(chǎn)品組合對 FED-Alpha（一種燃料效率示范車輛）的機動性進行了評估和可視化（圖 1）。
為支持這項工作，由 Eric Pesheck、Venkatesan Jeganathan、Tony Bromwell、Aniruddh Matange 及 Paspuleti Rahul Naidu 組成的團隊依照現(xiàn)實世界的校準數(shù)據(jù)創(chuàng)建并驗證了 Adams 模型。
然后采用這些經(jīng)過驗證的模型來準確預測各種道路和越野操作場景下的車輛性能。
通過專門開發(fā)的可視化和機動性映射應用程序，將選自這些分析研究的結果集整合到 Luciad 中（海克斯康地理空間產(chǎn)品組合的一部分）。
此外，還證明了 Adams 模型的實時兼容能力，可支持各種自主場景和“硬件在環(huán)”場景。
展開 
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自主地面車輛的最新內(nèi)容
六軸寬軌12自由度車輛--地面不平順耦合模型 條件:剛性路面 車輛特點:12自由度 車橋耦合動力學數(shù)值模擬分析
這篇文章提出了一種基于四輪轉(zhuǎn)向自主地面車輛的路徑跟蹤控制方法，具有前瞻性的研究意義。
摘要：在本研究中，提出了一種新型四輪轉(zhuǎn)向電動汽車作為自主地面車輛。本文的目的是研究四輪轉(zhuǎn)向自主地面車輛智能駕駛的路徑跟蹤控制算法。在單軌模型的基礎上，建立了用于軌跡跟蹤控制器設計的軌跡跟蹤模型。接著建立了線性變參數(shù)系統(tǒng)模型，使路徑跟蹤控制器能夠適應不同的縱向速度和路面摩擦系數(shù)。
最后一個數(shù)據(jù)集“nclt”[59]，是在密歇根大學北校區(qū)收集的大規(guī)模、長期的自主UGV（無人地面車輛）數(shù)據(jù)集。nclt數(shù)據(jù)集包含來自VelodyneHDL-32E激光雷達的10Hz數(shù)據(jù)和來自MicrostrainMS25IMU的50Hz數(shù)據(jù)。與其他數(shù)據(jù)集相比，nclt數(shù)據(jù)集的持續(xù)時間和數(shù)據(jù)量要長得多，并且包含多個開放場景，例如大型開放停車場。包括傳感器類型和數(shù)據(jù)速率在內(nèi)的數(shù)據(jù)集信息總結在表2中。
在烏克蘭危機后，俄羅斯宣布將開發(fā)智能化自主系統(tǒng)，涉及地面車輛、飛機、核潛艇以及指揮控制領域。俄羅斯自主研發(fā)了多種無人駕駛的履帶裝甲車，可遙控完成巡邏、偵察、追蹤、阻截、攻擊等任務。此外，俄軍還有運輸彈藥給養(yǎng)的軍犬機器人、送回傷員的鏟車式機器人。在2015年底敘利亞政府軍和伊斯蘭極端勢力的戰(zhàn)斗中，俄軍就動用了戰(zhàn)斗機器人、無人機和自動化指揮系統(tǒng)參與作戰(zhàn)。
路徑跟蹤是自主地面車輛（AGV）的基本能力和主要任務，因此為了使車輛自動跟蹤目標路徑，需要設計路徑跟蹤控制器，以實現(xiàn)包括橫向位移和橫擺角誤差等的跟蹤誤差最小。
近年來，許多研究人員對AGV的路徑跟蹤控制問題進行了研究。
在軍用領域,地面無人機動平臺通常也叫做無人地面車輛（UGV）、自主地面移動平臺（ALMP）、自主地面車輛（ALV）等,主要包含軍用無人戰(zhàn)斗車輛、通用后勤服務無人車輛和小型單兵機器人[4]。上述相關領域的技術研究對發(fā)展高機動地面無人戰(zhàn)斗系統(tǒng)具有重要的戰(zhàn)略意義。
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在戰(zhàn)場上，地面車輛的機動性堪稱任務成功與否的分水嶺。當今的國防環(huán)境需要打造一種可快速部署、高機動性的車輛平臺，能夠在各種地形和道路類型之間可靠地操作。近年來，針對不同的環(huán)境條件和操作場景進行性能評估的車輛仿真能力已大幅提升。
為了支持下一代北約參考機動性模型（NG-NRMM）
Challenge
在與美國陸軍(TARDEC)合作后，GLSV正在尋找一種方法來開發(fā)一種有效的主動噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，以減少進氣和排氣噪聲，并降低軍用地面車輛和發(fā)電機組中的風機和鼓風機所使用的高性能風扇的噪聲。
Benefits
使用ESI集團VA One, GLSV能夠在開發(fā)周期的各個階段中對排氣和風扇噪聲的有源噪聲控制(ANC)系統(tǒng)進行設計、分析和驗證。最大的收益是縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期
背景及需求
通過性能也稱為越野性能，是車輛重要的性能之一，指在一定車載質(zhì)量下，車輛能以足夠高的平均車速通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力。其中的壞路或無路地帶指松軟土壤、沙漠、礫石、雪地等松軟地面及坎坷不平地段；各種障礙是指陡坡、側坡、壕溝等。根據(jù)車輛理論，許多因素都影響著車輛的通過性。概括起來主要有：動力來源方面，即發(fā)動機性能的好壞及驅(qū)動方式；車輛構造方面，包括驅(qū)動橋形式
仿真創(chuàng)新：從系統(tǒng)仿真到自主車輛到數(shù)字孿生：http://www.ansys-blog.com/paris-systems-simulation/
