基于滑?？刂频纳逃密嚶窂礁櫩刂蒲芯?/h1>
2019-08-16 08:45:04李雅琦唐崢
時代汽車 2019年11期
李雅琦 唐崢
重慶交通大學 機電與車輛工程學院 重慶市 400000
1 引言
由于商用車行駛工況簡單，商用車更容易實現(xiàn)無人駕駛。國內(nèi)外眾多高校和零部件廠商都開始進行商用車的研究，從硬件到控制策略，均取得了一些成果。
江蘇大學高翔教授的研究團隊，通過對商用車轉向器建模，并對模型進行了定量研究，建立了較為準確的商用車無人駕駛試驗臺[1]；吉林大學宗長富教授的研究團隊帥新使用伺服電機進行阻力模擬，提高了加載精度[2]；清華大學的季學武老師設計了能適用于復雜工況的試驗臺，并能進行臺架試驗[3]。
由于國內(nèi)工業(yè)基礎相對薄弱，先進的轉向控制研究仍處于初級階段，開發(fā)先進的轉向控制器是當前的熱點與難點。
2 模型建立
在商用車領域，側翻是很嚴重的問題，在建立整車動力學模型時考慮建立汽車三自由度模型。
建立動力學方程：
圖1 整車三自由度模型
其中：If是前軸至CG的縱向距離；Ir是實際軸至CG的縱向距離；M是總車質量；Ms是懸上質量；Mu是懸下質量；Iz是垂直軸慣性矩；Ixz是輪胎法向力；hcg車身質心高度；hs懸上質量CG高度；hr軸滾動中心高度；hu懸下質量CG高度；h軸滾動中心字CG的距離；Caf/Car前橋/后橋有效彎矩剛度；K/Ku等效懸架剛度/軸剛度；D/Du等效懸架阻尼比/軸阻尼比；Fzr/Fzl輪胎法向力（左/右）。
3 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的滑模控制策略
滑?？刂剖歉鶕?jù)控制目標設計滑模切換面，使控制系統(tǒng)的狀態(tài)點到達切換面，而狀態(tài)點不離開切換面。
3.1 固定增益滑?？刂破髟O計
滑模控制的“抖振”的劇烈程度是由其控制器切換項的增益決定的，采用神經(jīng)網(wǎng)絡對切換項的增益調節(jié)，能夠降低滑?？刂频摹岸墩瘛?。
考慮如下系統(tǒng)：
其中 為控制力， 為干擾，且。
則系統(tǒng)誤差為：
定義滑模函數(shù)：
則等效控制率為：
其中Z為滑膜切換增益。
滑膜存在條件為：
3.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡增益設計
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡是一種三層前饋網(wǎng)絡[1]。第一層為輸入層，起數(shù)據(jù)信息的傳遞作用；第二層為隱含層，對輸入信息進行空間映射變換；第三層為輸出層，對輸入模式進行響應。
徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡（RBF）擁有強大的逼近能力、學習能力和分類能力，對任意精度的任意連續(xù)函數(shù)都能夠逼近。
首先，醫(yī)生會用手將寶寶的足部掰至正常位置，然后用石膏繃帶將其固定好。然后每周打開重新調整位置再固定好，這樣一邊觀察進展一邊治療（Ponseti法）。畸形矯正后，患兒還需要在數(shù)年的時間內(nèi)使用特制矯形支具以維持效果。治療期間長，還需要在白天和夜晚兩種類型設備之間來回轉換。這需要家長給予充分的耐心，配合好醫(yī)生，完滿地完成整個療程。沒有父母的配合和支持，保守治療基本上是會復發(fā)的。
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入即第一層?。?/p>
第二層?。?/p>
其中：
其中： 為高斯函數(shù).
第三層的輸出為切換項增益Z：
其中： 為神經(jīng)網(wǎng)絡權值。
為了使滑模控制器成立：
圖2 整車三自由度模型
圖3 整車三自由度模型
由于：
其中：
那么：
其中：
4 仿真與分析
以前輪轉角為輸入，輸出為車輛狀態(tài)。在測試實驗中選用蛇形線道路和雙移線道路作為道路曲線輸入。
4.1 雙移線道路模型跟蹤效果，見上圖2
4.2 蛇形線道路模型跟蹤效果，見上圖3
5 結語
通過進行實驗仿真，當輸入為蛇形線道路曲線時，轉角的絕對值為3度，路徑跟蹤效果較為理想，誤差較小；當輸入為雙移線道路模型時，當轉彎變道時得到了側向速度，路徑跟蹤效果和目標側向位移基本吻合。
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江蘇大學高翔教授的研究團隊，通過對商用車轉向器建模，并對模型進行了定量研究，建立了較為準確的商用車無人駕駛試驗臺[1]；吉林大學宗長富教授的研究團隊帥新使用伺服電機進行阻力模擬，提高了加載精度[2]；清華大學的季學武老師設計了能適用于復雜工況的試驗臺，并能進行臺架試驗[3]。
由于國內(nèi)工業(yè)基礎相對薄弱，先進的轉向控制研究仍處于初級階段，開發(fā)先進的轉向控制器是當前的熱點與難點。
2 模型建立
在商用車領域，側翻是很嚴重的問題，在建立整車動力學模型時考慮建立汽車三自由度模型。
建立動力學方程：
圖1 整車三自由度模型
其中：If是前軸至CG的縱向距離；Ir是實際軸至CG的縱向距離；M是總車質量；Ms是懸上質量；Mu是懸下質量；Iz是垂直軸慣性矩；Ixz是輪胎法向力；hcg車身質心高度；hs懸上質量CG高度；hr軸滾動中心高度；hu懸下質量CG高度；h軸滾動中心字CG的距離；Caf/Car前橋/后橋有效彎矩剛度；K/Ku等效懸架剛度/軸剛度；D/Du等效懸架阻尼比/軸阻尼比；Fzr/Fzl輪胎法向力（左/右）。
3 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的滑模控制策略
滑?？刂剖歉鶕?jù)控制目標設計滑模切換面，使控制系統(tǒng)的狀態(tài)點到達切換面，而狀態(tài)點不離開切換面。
3.1 固定增益滑?？刂破髟O計
滑模控制的“抖振”的劇烈程度是由其控制器切換項的增益決定的，采用神經(jīng)網(wǎng)絡對切換項的增益調節(jié)，能夠降低滑?？刂频摹岸墩瘛?。
考慮如下系統(tǒng)：
其中 為控制力， 為干擾，且。
則系統(tǒng)誤差為：
定義滑模函數(shù)：
則等效控制率為：
其中Z為滑膜切換增益。
滑膜存在條件為：
3.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡增益設計
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡是一種三層前饋網(wǎng)絡[1]。第一層為輸入層，起數(shù)據(jù)信息的傳遞作用；第二層為隱含層，對輸入信息進行空間映射變換；第三層為輸出層，對輸入模式進行響應。
徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡（RBF）擁有強大的逼近能力、學習能力和分類能力，對任意精度的任意連續(xù)函數(shù)都能夠逼近。
首先，醫(yī)生會用手將寶寶的足部掰至正常位置，然后用石膏繃帶將其固定好。然后每周打開重新調整位置再固定好，這樣一邊觀察進展一邊治療（Ponseti法）。畸形矯正后，患兒還需要在數(shù)年的時間內(nèi)使用特制矯形支具以維持效果。治療期間長，還需要在白天和夜晚兩種類型設備之間來回轉換。這需要家長給予充分的耐心，配合好醫(yī)生，完滿地完成整個療程。沒有父母的配合和支持，保守治療基本上是會復發(fā)的。
RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入即第一層?。?/p>
第二層?。?/p>
其中：
其中： 為高斯函數(shù).
第三層的輸出為切換項增益Z：
其中： 為神經(jīng)網(wǎng)絡權值。
為了使滑模控制器成立：
圖2 整車三自由度模型
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由于：
其中：
那么：
其中：
4 仿真與分析
以前輪轉角為輸入，輸出為車輛狀態(tài)。在測試實驗中選用蛇形線道路和雙移線道路作為道路曲線輸入。
4.1 雙移線道路模型跟蹤效果，見上圖2
4.2 蛇形線道路模型跟蹤效果，見上圖3
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通過進行實驗仿真，當輸入為蛇形線道路曲線時，轉角的絕對值為3度，路徑跟蹤效果較為理想，誤差較小；當輸入為雙移線道路模型時，當轉彎變道時得到了側向速度，路徑跟蹤效果和目標側向位移基本吻合。
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