四輪獨立轉向的案例
面向自動駕駛：四輪獨立驅動/轉向電動汽車配置與控制綜述與展望
本文從自動駕駛角度出發，綜述了四輪獨立驅動/轉向電動汽車（4WID-4WIS EV）的底盤配置和控制技術，還包括4WID-4WIS EV樣機展示和性能分析等。最后針對4WID-4WIS EV的成本、線性模塊集成技術和控制技術等方面的難點提出了一些展望。
摘要：本文對四輪獨立驅動/轉向電動汽車(4WID-4WIS EV)的底盤配置和控制系統的相關研究進行了綜述和討論。首先，本文介紹了4WID-4WIS EV的一些樣機和線控集成模塊，并對4WID-4WIS EV的底盤配置進行分析。然后總結了4WID-4WIS EV常用的控制模型，即動力學模型、運動學模型和路徑跟蹤模型。此外，介紹并討論了4WID-4WIS EV的控制框架、控制策略和算法，包括穩定性控制、防側傾控制、路徑跟蹤控制和主動容錯控制。最后，從自動駕駛的角度討論了4WID-4WIS EV面臨的挑戰和發展前景。
關鍵詞：自動駕駛；四輪獨立驅動；四輪獨立轉向；路徑跟蹤；操縱穩定性；主動安全控制；電動汽車
1 引言
自動駕駛技術不僅可以減小駕駛員的負擔，還可以提高行駛安全性，減少交通事故的發生。并且為了實現零排放目標和減小空氣污染，電動汽車（EV）相較于傳統的燃料汽車有更好的控制性能。
展開 基于四輪轉向和直接橫擺力矩控制的路徑跟蹤集成底盤控制算法設計
本文考慮將四輪轉向和直接橫擺力矩控制結合起來實現底盤的集成控制，在單車道、彎道和雙車道等多個場景下，對比主動前輪轉向、四輪轉向和主動前轉向+直接橫擺力矩控制等三種控制策略，驗證提出的控制策略的有效性和魯棒性，為底盤集成控制策略的開發提供了參考。
摘要：本文重點介紹利用四輪轉向和直接橫擺力矩控制實現路徑跟蹤的底盤集成控制算法設計。設計的底盤集成控制算法主要由三部分組成：(1) 考慮參數不確定性、外部擾動、測量噪聲和未建模的動力學特性，利用μ合成方法設計用于路徑跟蹤的魯棒控制器；(2) 提出了控制分配算法，基于加權最小二乘法將輸出扭矩需求分配給每個輪轂電機；(3) 考慮到車輛橫向速度是路徑跟蹤控制的關鍵狀態變量，由于使用低成本傳感器不易測量，因此利用無跡卡爾曼濾波器設計了狀態觀測器，進行橫向速度的估計。為了驗證所設計的底盤集成控制算法的性能，在MATLAB/Simulink中進行了單車道變換、彎道變換和雙車道變換等三種仿真工況，并在CarSim中構建了精度較高的整車模型。將提出的底盤集成控制算法與其他三種控制算法，即主動前轉向、四輪轉向和主動前轉向+直接橫擺力矩控制進行比較，仿真結果表明底盤集成控制算法具有更好的路徑跟蹤性能和操控穩定性。同時，在車速變化和不同路況下也驗證了底盤集成控制算法的魯棒性能。
展開 基于線性變參數系統的四輪轉向自主地面車輛路徑跟蹤控制及實驗驗證
4 路徑跟蹤控制器的設計
圖4顯示了四輪轉向AGV的控制系統結構。可以發現，控制系統主要由縱向運動控制和路徑跟蹤控制兩部分組成。由于縱向運動控制不是本文的主要研究內容，這里就不介紹了，讀者可以在之前的工作中看到1。本文主要關注路徑跟蹤算法設計。四輪轉向AGV的目標路徑信息和實際位置被設置為路徑跟蹤控制器的輸入。然后，轉向角和可以被路徑跟蹤控制器計算出。
圖4 四輪轉向AGV的控制系統結構
基于阿克曼轉向幾何，可以計算出每個車輪的轉向角，并將其發送給電子控制單元。電子控制單元將控制四個線控轉向系統跟蹤目標轉向角。之后，四輪轉向AGV可以實現路徑跟蹤控制。
A.LQR控制器設計
如上所述，所設計的用于路徑跟蹤的LQR控制器旨在最小化偏航角誤差和橫向位置誤差。因此，狀態反饋LQR控制器設計的性能指標定義為
其中Q和R是對角加權矩陣，Q是半正定矩陣，R是正定矩陣。
然后，哈密頓函數由下式給出
其中是拉格朗日乘子向量。
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