维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年（第２９卷）第８期 汽车工程 Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００７（Ｖｏ１．２９）Ｎｏ．８ ２００７１６０ 车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计术 李以农 ，卢少波 ，杨柳 （１．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００４４；２．广州本田汽车有限公司，广州５１０８００） ［摘要］ 为了实现复杂工况下车辆自动跟踪控制，建立了纵横向耦合车辆模型，研究了车辆在弯道变速行驶 工况的动力学耦合控制问题，根据滑模控制以及动态表面控制理论，提出了一种基于车辆转向与驱动控制的综合控 制器，并针对横向车速不可测，设计了横向速度观测器。仿真结果表明该综合控制器具有良好跟踪性能，在复杂工 况下表现出较好的动、静态特性。 关键词：车辆转向与驱动综合控制；横向速度观测器；滑模控制；动态表面控制 Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｓｐｅｅｄ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ Ｌｉ Ｙｉｎｏｎｇ ．Ｌｕ Ｓｈａｏｂｏ ＆Ｙａｎｇ Ｌｉｕ １．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４； ２．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｈｏｎｄａ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０８００ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ａ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ａｎｄ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｄｅｒ ａ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ／ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｃｕｒｖｅｄ ｐａｔｈ．Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｈａｔｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｐｅｅｄ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ，ａ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎ— ｄｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｇｏｏｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎ．ｇｒａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｂｓｅｒｖｅｒ；Ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｄｙｎａｍｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ 型和制动器模型与控制器算法相结合就构成了纵向 前言 近年车辆自动驾驶一直是研究的热点 Ｊ。作 控制模式。当实现了纵向和横向自动控制，就可以 按给定目标和约束自动控制车辆运行，所以自动驾 驶控制就是对车辆的转向与驱动／制动的综合控制。 目前在对车辆自动驾驶控制的研究中，大多是 为车辆自动驾驶核心内容的汽车纵向和横向控制也 越来越引起研究人员的重视。横向控制是指控制车 辆在不同的车速、载荷、路况以及风阻等条件下自动 将纵向控制与横向控制设计为两个的互不联系 的控制器，而忽略了其相互耦合的影响。实际行驶 的车辆系统是一复杂的非线性、变参数耦合系统，存 在着严重的不确定性，特别是系统参数在不同车速 跟踪行车路线并保持一定的舒适性和平稳性，实际 上也就是车辆转向控制 Ｊ。纵向控制是指在行车 方向上的控制，即车速以及本车与前后车或障碍物 距离的控制，这类问题可以归结为对发动机和制动 器的控制［６－７］。发动机驱动力模型、车辆动力学模 下其值是不确定的，并且运动载体对控制的实时性 要求较高，纵向和横向存在很强的耦合关系。尤其 是在弯道变速行驶时，横向控制时要考虑纵向参数， 国家自然科学基金项目（５０４７５０６４）和重庆市自然科学基金项目（ＣＳＴＣ，２００６ＢＡ６０１７）资助。 修改稿收到日期为２００７年６月２７日。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７（Ｖｏ１．２９）Ｎｏ．８ 李以农，等：车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计 ・６９３・ 纵向控制时要考虑横向参数，所以单独研究纵向、横 向控制将导致控制器误差偏大，影响控制精度，从而 影响车辆行驶的安全性。 车辆纵、横向动力学耦合主要表现在３个方面： （１）动力学耦合，即转向轮转向时，所受的横向力在 纵向上的分力对纵向速度的影响，以及车辆转弯时， ｍ（ ＋２Ｊ ）＝（Ｆ ｌ＋Ｆｙ２）ｃｏｓ８＋ （Ｆ ｌ＋ ’ ）ｓｉｎ８＋Ｆｙ３＋Ｆ 一ＣｙＵ： ＝（２） ｚｆ（Ｆ ｌ＋Ｆ ）ｃｏｓ８＋ （Ｆ ｌ＋Ｆ娩）ｓｉｎ８一 Ｚ （Ｆｙ３＋Ｆ ）＋（ｄ／２）（Ｆ ｌ—Ｆ娩）ｃｏｓ８＋ （ｄ／２）（Ｆ ｌ—Ｆ ）ｓｉｎ８＋（ｄ／２）（ ３一 ’ ） （３） 纵向速度对离心力大小以及横向偏移率的影响； （２）轮胎力耦合，即侧向力与纵向牵引力的相互影 响；（３）垂直载荷转移耦合，即纵向加速度的改变使 式中ｍ为整车质量； 为车辆绕ｚ轴的转动惯量； 为车辆纵向速度； 为横向速度； 为横摆角速度； 轮胎正压力重新分布，进而影响到横向动态特性。 针对上述问题，作者首先建立车辆的纵横向耦合动 力学模型，考虑主要的动力学耦合因素，提出了一种 基于滑模和动态表面控制的车辆转向与驱动综合控 制器，并针对横向车速不可测问题，设计了横向速度 观测器，并对观测器及综合控制器效果进行了计算 机仿真对比分析。 １ 车辆动力学模型建立 １．１整车系统模型 文献［８］、文献［９］考虑车辆运动学关系和动力 学特性分别建立了ｌ２和ｌ８自由度的整车模型，由 于模型复杂，使其所要求的参数剧增，如文献［９］中 的模型，需要输人的参数多达１４９个，其中相当多的 参数较难获得，给仿真带来一些困难。作者着重研 究车辆纵、横向运动的综合控制，考虑耦合因素对控 制精度的影响，仅考虑车辆纵向、横向和横摆运动这 ３个自由度，忽略车辆悬架系统的作用，简化了转向 系统，直接以前轮转角作为输人，并假设车辆左右两 侧动力学对称，得到车辆坐标系及整车模型，如图１ 所示。 图１车辆坐标系和整车模型 根据车辆运动过程中的受力和运动状态，车辆 对其坐标系的运动微分方程可以描述为 ｍ（ 一２） ）＝（Ｆ １＋Ｆ ）ｃｏｓ８一 （Ｆｙ１＋Ｆ ）ｓｉｎ８＋Ｆ ＋ 一ＣｘＵ：一Ｆｍｌｌ （１） Ｆ ｌｌ为滚动阻力，Ｆ ｌ＝ｍｇｆｏ（１＋ｖ￣／１９ ４４０） ｍ］； ｆｏ＝０．０１４；ｃ 为纵向风阻系数；Ｃ 为横向风阻系数； Ｆ ｉ（ｉ＝１～４）为各轮胎纵向力， （ １～４）为各轮 胎侧偏力，ｚ 为前轴与车辆质心的距离，ｚ 为后轴与 车辆质心的距离，ｄ为车轮轮距，６为前轮转角。 根据假设，车辆左右两侧动力学对称，因此左右 两侧轮胎力相等。故有， ＝ ＝ ＝ Ｆ ＝Ｆｙ３＝Ｆｙ４ ： 这里仅考虑小转角工况，＝ ＝ 则ｓｉｎ８＝８，ｃｏｓ８＝１，且 Ｆ 为二阶微小项，故式（１）～式（３）可化简为 ＝（２Ｆ ｆ一２Ｆ ＋２Ｆ 一 ＣｘＵ：一Ｆ ｒ０ｌ１）／ｍ＋２Ｊ （５） ＝（２ ＋２Ｆｒ 一Ｃｙ ２Ｊ；）／ｍ一２Ｊ （６） ＝（２ｌｆＦ 一２ｚ Ｆ ） （７） １．２传动系统模型 动力传动系统主要由液力变矩器、变速器和主 减速器组成，图２为传动系统示意图。 … 。 图２动力传动系统示意图 假设液力变矩器锁止，即相当于液力耦合器工 况。液力变矩器涡轮的输人转矩 呷和转速 经过传动系统传递到半轴，得到半轴转矩 和车 轮转速 为 ｆ ｎ ｒｇｒｏＬｕｍｐ （８） Ｌ∞ ＝ｔＯｐｕｍｐ／ｒｇ ０ 式中ｒｇ为变速器传动比，ｒ０为主减速器传动比。液 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ６９４・ 汽车工程 ２００７年（第２９卷）第８期 力变矩器锁止时，其转速与发动机转速相等，即 ∞ ＝∞。。假设各车轮转动惯量，ｗ相等，车轮半径 ｒ 相等，则车轮的转动运动方程为 态，自动地实现加、减速以保证两车距在安全范围 内。为实现车辆纵向的自动跟踪，采用固定车间相 对距离和车间相对速度控制策略如下［ 。 Ｉ．ｉｏ ＝÷［ 血一 一２ｒ （ ＋ ）］ （９） ｆ｛ — 一 一Ｈ （‘１５）） 【杏＝ 一 式中 为车轮制动力矩。 式中６－，杏分别为被控车与前导车的纵向距离误差和 发动机的转速方程可用非线性函数描述为 误差变化率； 、 分别为被控车与前导车尾部纵向 ｉｏ。＝１／Ｉｅ。（ 一 ） （１Ｏ） 位置坐标； 、 分别为被控车和前导车纵向速度；Ｌ 式中 、 分别为发动机转动惯量和输出转矩。 为车身长度；日为期望纵向车距。 令ｒ。＝ ／＇０，由式（８）一式（１Ｏ）得 横向控制的目的是使车辆自动地按照预定的轨 ∞ｗ 而： ｆ【 一 一２ 一 （一／＂ｗ（ ＋Ｆｘ ＋ｒ ）］Ｊ 迹行驶在道路的中间。采用基于预瞄的横向控制策 略［】引，选取车辆预瞄点处的横向位置误差Ｙ。及其变 （１１） 化率Ｙ’ 为控制目标： 令 ＝Ｔｅ—Ｔｂ／ｒ。，，。＝４，ｗ＋ｌｏｒｚ．，则式（１１）可 Ｙ ＝Ｙ ＋Ｚ （１６） 简化为 、 当 较小时，Ｙ ＝ ＋ ，对式（１６）求导，得 ＝ ［ｒ。 。 一２ｒ （Ｆ ＋ ）］ （１２） Ｙ’ ＝ ｙ＋ ｈ＋ｚ。 ｈ （１７） 式中Ｙ 为车辆相对道路中心的横向位置误差；ｚ 为 １．３轮胎模型 预瞄距离； 为车辆相对路面的方向偏差； 为被 汽车在弯道变速行驶是一种比较复杂的工况， 控车侧向速度。 存在转向、制动、驱动以及制动转向和驱动转向，车 结合整车系统模型和轮胎模型，采用带边界层 轮的纵向滑移和侧偏总是同时发生，因此简单的模 的滑模控制方法，可得到跟踪控制期望的总纵向驱 型无法描述轮胎在联合工况下的特性。Ｐａｃｅｊｋａ的 动力Ｆ 和控制器第１控制量即前轮期望转角 。 魔术公式是一种半经验模型，可以用于汽车运动中 而总纵向力来自发动机输出转矩 ，利用纵向驱动 包含纵向力和横向力的复杂工况，其联合工况下的 力和车轮滑移率之间的函数关系，采用基于滑移率 纵向力和横向力由下式确定［】川： 的动态表面控制方法可求取控制器第２控制量即期 ｛ Ｆ，－－＝－（ ｒｏＪｒｏ） Ｆ￣ｏ （１３） 望纵向驱动力矩 。控制器根据整车状态适时输 出的前轮转角 和纵向驱动力 。 使车间距 趋近 式中ｏｒ＝￣／ ：＋ ：为综合滑移率，且ｏｒ ＝一Ａ／（１＋ 于期望值日，车间相对速度杏趋近于０，同时使得车 Ａ），ｏｒ ＝一ｔａｎａ／（１＋Ａ）； 、Ｆ们分别为纯纵滑下的 辆预瞄点处的横向位置误差Ｙ。及其变化率夕 也趋 纵向力和纯侧偏下的横向力，由Ｐａｃｅｊｋａ模型（不考 于０，从而实现纵横向跟踪控制。由式（５）、式（６）、 虑轮胎力水平方向和垂直方向漂移）有 式（１７）可知纵向加速度是横向速度的函数，同时横 Ｆｉ０（Ａｆ）＝Ｄ‘ｓｉｎ｛Ｃｆａｒｃｔａｎ［ＢｉＡ — 向加速度、横向位置误差是纵向速度的函数，体现控 Ｅ （Ｂ Ａ —ａｒｃｔａｎ（Ｂ Ａｉ））］｝ （１４） 制模型中纵横向的相互耦合关系。 式中 ＝ ，，，；当 ＝ 时， 表示车轮滑移率Ａ；当 Ｙ时，Ａ 表示轮胎侧偏角Ｏｔ；ｃ 为Ｐａｃｅｊｋａ轮胎模型 ３横向速度观测器的设计 常数；Ｂ 、 、 均为与车轮垂直载荷 相关的轮胎 模型参数¨ 。 由于实际情况中，车辆横向速度不可测量，必须 对横向速度进行估计，也就是设计横向速度观测器。 ２转向与驱动综合控制策略 结合车辆动力学模型和预瞄运动学模型，以车辆前、 后保险杠的横向位置误差Ｙｓｆ－Ｙ。 以及横向速度 作 车辆系统的控制输入为综合控制器输出的发动 为状态变量来设计横向速度观测器。由式（１６）、式 机驱动力矩 和前轮转角 。 （１７）可得 纵向控制的目的是使车辆根据前导车的运动状 Ｙ’ ＝ ＋ （ 一 ｄ）＋ｚ （ 一 ｄ） （１８） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７（Ｖｏ１．２９）Ｎｏ．８ Ｙ’。 李以农，等：车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计 ・６９５・ ＝ ＋ （ 一 ｄ）一ｚ。 （ 一 ｄ） ＝口 一 （１９） （２０） 又 式中 为车辆横摆角， 为期望横摆角，０ 为车辆 合输入的期望值。在过滤过程中，将综合输入期望 轨迹的微分作为过滤器输出的微分。ＤＳＣ控制相对 墨—．一 。。．．．．．．．．Ｏ ．．＝．． ．．．．．Ｌ 一 于ＰＤ控制、ＬＱ最优控制、模糊控制具有结构简单、 鲁棒性和抗干扰能力强的特点，非常适合汽车的非 线性控制。 ４．２基于滑移率的动态表面控制 。 采用限定滑移率的方法，根据动态表面控制理 论来求取第２控制量 。 而在实际控制过程中， 的横向加速度。假设状态变量Ｙｓｆ Ｙ 观测值 、 、ｖ ｙ近似表示为 可以由其 ＝ ＋ （ 一 ｄ）＋ｚ日ｆ（ 一 ｄ）＋Ｋ１（Ｙ日ｆ—Ｙ ｓｆ） （２１） ＝ ＋ （ 一 ｄ）一ｚ。 （ 一 ｄ）＋ （Ｙ。 一Ｙ ｓ ） （２２） 它作为控制器输出的期望控制量，使滑移率保持在 期望值附近。求取控制量 步骤如下。 对滑移率Ａ： 入得 ＝０ 一 ＋ ［（Ｙ 一 ）一（Ｙ 一 ）］（２３） 求导，并将式（１２）代 以上即表示状态观测器， （Ｙ 一 ）、 （Ｙ 一 ）、 ［（Ｙ 一 ）一（Ｙ。 一 ）］为修正项，其中 ～ Ａ一丁：一—／＇ ＶｘＯ．）ｗｗ＿＋ －，ｒ：Ｅ ，。・ 一２， ２ （ （ ’Ｆ ＋ ＋ ）］ ’ （２７） 为观测器的增益。由式（１８）一式（２１），式 ＝，，。 一 ，Ｅ ＝ 一 ，则观测器的误差方程 由式（２７）可知：可通过限定Ａ来求取 。 根据动 态表面控制的定义ｎ ，设Ａｄｆｉｈ满足 Ａｄ＝ Ａ ｄｍｔ＋Ａ ｄｆｉｌｔ （２８） （１９）一式（２２），式（２０）一式（２３），且令Ｅ ＝Ｙ 一 ， 。 用矩阵的形式表示为 为获得精确的滑移率控制，定义动态表面为 Ｓ＝Ａｄ—Ａ瓶ｌ （２９） 为使控制表面趋于０，采用等速趋近率 对其求解，并展开整理得 ，，～ Ｓ＝一ｒ／Ｓ 卵＞０。 （３０） 丑ｆ ＝ Ｉ Ｌ Ｊｔｏ 广ｒ 式中Ａ 为期望滑移率； 、叩均为控制器设计参数， 由式（２８）～式（３０）得 ｄ＝＋ （ 一 ｄ）＋１日ｆ（ 一 ｄ）］ｄ 一 ｅ－Ｋｌｔ［，，。ｒ（ ）一 （ ）］ｄｔ—ｅｔ［ｖｙ（ ）一 （ ）］ｄｔＪｔｏ Ｊｔｏ － （２４） ｒ ｆ 一叩）（Ａｄ—Ａ ｄＣａ，） Ａｄ （３１） （３２） Ｉ。［ ＋ （ 一 ａ）＋ｚｓｒ（ 一 ） 一 Ｊｔｏ 对式（２８）进行拉氏变换得 ｅ－Ｋ２ｔ［，，。 （ ）一Ｙ ｓｒ（ ）］ｄｔ—ｅｔ［ｖｙ（ ）一 （ ）］ｄｔＪｔｏ Ａ姗＝÷（２５） Ｖ ｙ＝将式（３２）代入（３１）得 【（。 ）ｄ 一－Ｋ３ｔ［＂，， （ ）一 （ ）］ｄ 一 （２６） （÷一叩）‘ Ａａ 式（３３）代入式（２７）即得控制量 （３３） ＋ 】 （３４） ｅ ［，， （ ）一 （ ） ＝ ４控制器的设计 ４．１动态表面控制 ＋ 叩） 其中Ｆ ＝２（ ＋ ）为车轮总期望纵向力，由滑 模控制得到。 由于篇幅，仅介绍基于滑移率的动态表面 控制方法求取控制量纵向驱动力矩。动态表面控制 ５仿真计算与分析 为检验控制器在纵横向复合工况时的控制效 是反演设计的进一步发展 玎 ，其本质为：将综合输 入先通过一线性过滤器，再将过滤器的输出作为综 维普资讯 http://www.cqvip.com 汽车工程 ２００７年（第２９卷）第８期 果，设计前导车加速度信号和前方道路曲率信息如 图３所示。结合３自由度非线性车辆模型，考虑系 统纵横向动力学耦合、轮胎力耦合及垂直载荷转移 引起的耦合效应，利用滑模控制及动态表面控制理 论在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行了上述控制策略 的车辆耦合控制与非耦合情况的对比模拟试验。仿 真初始条件为 ＝３６ｍ／ｓ， ＝０， ＝１１０．４ｒａｄ／ｓ， 时在另一弯道因纵向速度的增加，前轮转角也增大。 图５（ａ）为车辆前后保险杠横向位置误差的仿 真结果与观测器的结果对比。可见，前后保险杠的 横向位置误差的估计值滞后于其仿真值，但这样的 误差是允许的。从图５（ｂ）可以看出，车辆横向速度 的观测值与仿真结果非常接近，观测器效果较好；图 ６为车辆在转向与驱动综合控制器作用下跟踪前导 ｒ＝０．１，叼：２，Ｋ１＝１．７３２， ＝１．４１４， ＝０．００５。 量 餐 景 曲 娶 ＊ 淀 鑫 时间／ｓ 时间／ｓ （ａ）前导车加速度 （ｂ）前方道路曲率信息 图３前导车加速度及道路信息 图３所示复合工况主要包含了两个弯道变加速 运动。开始车辆匀速驶入半径为２００ｍ的弯道，然 后先作变加速运动再作匀加速运动同时驶出弯道。 在直道上先作变加速运动然后匀速运动并驶入另一 半径为４００ｍ的弯道，再作一段变加速运动后作匀 加速运动同时驶出弯道，出来后先作变速运动最后 在直道上作匀速运动，在该工况下的车辆具有较强 的纵横向耦合特性。 图４为在该复合工况下耦合控制器的控制输 出，在图４（ａ）中，ｔ＝５ｓ时发动机转矩突然增大，这 主要是由于车辆进入弯道时，需要有额外的驱动力 来提供弯道运行所需的横向力，而为了保持车辆纵 向匀速运动，纵向力不能减小，故总的驱动力会有所 增大。反之，当车辆驶出弯道时总驱动力减小，如图 ４（ａ），ｔ＝１３ｓ。前轮转角与车辆纵向速度及路径曲 率有关，当车辆进入弯道后路径曲率一定，故弯道中 前轮转角与纵向速度成正比，如图４（ｂ），ｔ＝８ｓ时车 辆进入弯道并加速，此时转角也增大。同理，ｔ＝１６ｓ ｇ 量。０ 辩 窭 萋。 稃 霪－０ 一。时间／ｓ 时间／０ （ａ）发动机转矩 （ｂ）前轮转角 图４综合控制器输出控制量 车的纵、横向跟踪性能。从图６（ａ）中可以看出，纵 向位置动态误差被控制在±０．０２ｍ范围内，ｔ＝２５ｓ 时，前导车加速度为０，保持匀速运动，纵向位置误 差也迅速收敛于０。从图６（ｂ）可以看出，横向位置 动态误差被控制在±０．０５ｍ。ｔ＝２５ｓ时，前方道路曲 率为０，前导车加速度为０，横向位置误差也迅速收 敛于０。从仿真结果可以看出，该综合控制器具有 良好的动、静态控制性能。 ０．２圈 ２ 薹 ．－：１ 时间／ｓ （ｂ）车辆横向速度 图５观测值与仿真值对比 基 基 ｊｊ｛】３ ｊｊ｛】３ 咖 咖 厦 足 舔 时间／ｓ 时间／ｓ （ａ）纵向位置误差 （ｂ）横向位置误差 图６纵横向位置误差 ６结论 （Ｉ）对车辆纵向运动和横向运动进行综合分析 研究，建立耦合动力学模型，利用滑模控制理论和动 态表面控制理论设计转向与驱动综合控制器，并对 其控制效果进行了仿真计算。结果表明该控制器具 有良好的动、静态控制性能，车辆纵、横向位置误差 都被控制在±０．０５ｍ范围内； （２）横向车速观测器的观测值与仿真结果比较 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７（Ｖｏ１．２９）Ｎｏ．８ 李以农，等：车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计 ・６９７・ （上接第６８５页） 案可行，车辆自动行驶操纵稳定性好，转向轮控制精 ４结论 对无人驾驶电动游览车底盘系统进行了集成设 度约为±１．４５。。 参考文献 ［１］Ｌｅｅ Ｈｙｅｏｎｇｅｈｅｏｌ，Ｔｏｍｉｚｕｋａ Ｍａｓａｙｏｓｈｉ．Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＩＶＨＳｓ） 计和研究，整车具有自动寻迹行驶和遥控行驶２种 行驶模式。在自动寻迹行驶时，车辆采用光电传感 器作为路径传感器来自动检测车辆的预定行驶轨 迹，采用ｄＳＰＡＣＥ实时控制器实现了电动汽车轮毂 电机驱动系统、线控转向系统和电控液压制动系统 以及灯光喇叭系统等的初步集成控制，并采用超声 ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｉｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００３，５０（１）：３７ —４７． ［２］ Ｓｔｅｖｅｎ Ｅ．Ｓｈｌａｄｏｖｅｒ，ｅｔ ａ１．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｖｅｌｏｐ— ｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ＰＡＴＨ Ｐｒｏｇｒａｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ｅｅｈｎｏｌｏｇｙ，１９９１，４０（１）：ｌ１４—１３０． 波雷达传感器自动检测车前和车侧障碍物信息，实 现了车辆自动行驶中的被动防碰撞功能。在遥控行 驶时，车辆可根据遥控器的指令进行相应的动作。 经仿真试验和实车试验验证，该车集成控制技术方 ［３］ 余志生，汽车理论（第３版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００１：１１６—１１８． ［４］ 米奇克．Ｍ．汽车动力学（ｃ卷）［Ｍ］．陈荫三，译．北京：人民交 通出版社，１９９７：１４５—１４６．
