CN113232654A - 一种提高爬坡能力的驱动力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高爬坡能力的驱动力控制方法，属于车辆控制技术领域。爬坡能力是车辆机动性能一个重要指标，尤其是对于大角度斜坡的通过能力。在爬坡过程中，由于受力情况发生改变，车辆各轮与地面之间的作用力产生差异，导致各轮的抓地力不同。为提高车辆的爬坡行驶能力，本发明提供了一种控制方法，实时估计当前坡度信息，根据坡度大小解算各轮抓地力的比例大小，然后按抓地力比例调整各轮的驱动力，实现驱动力与抓地力大小的匹配，提升爬坡驱动力控制效能，具有爬坡能力强，控制效果好等优点。

Description

一种提高爬坡能力的驱动力控制方法
技术领域
本发明属于车辆控制技术领域，涉及一种提高爬坡能力的驱动力控制方法。
背景技术
爬坡控制性能是衡量车辆行驶性能的一个重要指标，尤其是对于无人自主行驶车辆必须依靠鲁棒性强、控制效果好的控制方法。由于受力情况的变化，车辆在爬坡状态下前边轮子所受支撑力大小与后边轮子所受支撑力大小产生差异，导致轮子之间的抓地力不同，尤其是在大坡度情况下，此时若仅通过增加驱动力的方式提高车辆的爬坡能力，一方面有可能导致前轮打滑、后轮驱动力不足等问题，难以有效爬坡，甚至产生溜车危险；另一方面造成前轮驱动控制能力无法有效利用，造成控制能量浪费，控制效能下降。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种提高爬坡能力的驱动力控制方法，以提高爬坡行驶过程中的控制性能。
一种提高爬坡能力的驱动力控制方法，其特征在于，至少包含以下步骤：
S1.用于实施所述提高爬坡能力的驱动力控制方法的系统，其至少包含k个独立的驱动轴，每个驱动轴含有两个驱动轮，k≥2，假设k个驱动轴位于同一平面内，根据车体当前的俯仰角姿态信息、车体自身的俯仰调整角，估计车体当前的坡度
Figure BDA0003119885260000011
并判断其数值是否在可接受范围之内；
S2.根据车体当前的坡度估计值
Figure BDA0003119885260000012
按照静止平衡状态建立车体所受力和力矩的平衡方程，同时根据作用力之间的约束关系求解k个驱动轴所受法向力
Figure BDA0003119885260000013
S3.对k个驱动轴所受法向力进行归一化处理，得到k个驱动轴所受法向力的比例系数[1,2,…,k]，即
Figure BDA0003119885260000021
其中i＝1,2,..,k；
S4.根据车体行驶所需驱动力总控制量Tcmd和上述k个驱动轴所受法向力的比例系数[1,2,…,k]计算得到各驱动轴的驱动力控制量
Figure BDA0003119885260000022
即
Figure BDA0003119885260000023
并将其作为各驱动轴的驱动力控制指令，实现爬坡控制。
本发明采用以上技术方案即可有效地提高车辆爬坡行驶能力，解决传统控制效能低、控制效果差的问题。由上述技术方案可知，本发明通过实时估计车辆当前坡度的大小，解算得到各轮的抓地力比例关系，然后按比例关系计算每个驱动轴所需的驱动力，实现了驱动力与抓地力的匹配，解决了爬坡过程中前轮驱动力控制量过剩的问题，提高了控制效能，同时保证了后轮驱动力控制量的大小，提高爬坡行驶能力和控制性能。
附图说明
图1：本发明的算法流程图。
图2：爬坡过程受力分析示例。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。
为便于理解，首先以图2中所示车辆爬坡过程为例，假设图2中所示车辆包含前后2个独立的驱动轴，每个驱动轴包含两个车轮，车辆自身不具备姿态调整能力。车辆上装有惯性姿态测量装置，传感器采用美国Analog Devices公司的MEMS传感器测量组件ADIS16488惯性测量单元，结合惯性导航、姿态解算和数据融合算法可实时计算得到车辆的姿态信息。记车辆前、后两个驱动轴所受垂直于坡面的支撑力为N1、N2，静止平衡状态下车辆前、后两个驱动轴所受平行于坡面的支撑力为T1、T2。
由于假设车辆自身不具备姿态调整能力，则惯性测量系统解算得到的俯仰角即是车辆所处斜坡的角度，即可估计得到当前斜坡的坡度为
Figure BDA0003119885260000024
按照静止平衡状态下车辆在纵向所受力和力矩的平衡条件，已知车辆重量m，力作用点与车辆重心的尺寸关系d1、d2和h，可建立如下平衡方程：
Figure BDA0003119885260000031
可求解得到：
Figure BDA0003119885260000032
对上述结果进行归一化处理，可求得两个驱动轴所受法向力的比例系数：
Figure BDA0003119885260000033
假设车辆行驶控制算法给出当前爬坡所需总驱动力控制指令为Tcmd，则根据上述比例系数调整前、后两个驱动轴的驱动力控制指令为
Figure BDA0003119885260000034
用于产生爬坡行驶驱动力。显而易见，此时后轮所产生的的驱动力明显大于前轮产生的驱动力，主要是因为后轮此时的法向支撑力较大，轮子与地面之间可产生的抓地力更大。通过上述按比例分配方式，可以回避爬坡过程中前轮打滑问题，提高控制效能和爬坡行驶能力。

Claims (1)

1.一种提高爬坡能力的驱动力控制方法，其特征在于，至少包含以下步骤：
S1.用于实施所述提高爬坡能力的驱动力控制方法的系统，其至少包含k个独立的驱动轴，每个驱动轴含有两个驱动轮，k≥2，假设k个驱动轴位于同一平面内，根据车体当前的俯仰角姿态信息、车体自身的俯仰调整角，估计车体当前的坡度
Figure FDA0003119885250000016
并判断其数值是否在可接受范围之内；
S2.根据车体当前的坡度估计值
Figure FDA0003119885250000011
按照静止平衡状态建立车体所受力和力矩的平衡方程，同时根据作用力之间的约束关系求解k个驱动轴所受法向力
Figure FDA0003119885250000012
S3.对k个驱动轴所受法向力进行归一化处理，得到k个驱动轴所受法向力的比例系数[R1,R2,…,Rk]，即
Figure FDA0003119885250000013
其中i＝1,2,..,k；
S4.根据车体行驶所需驱动力总控制量Tcmd和上述k个驱动轴所受法向力的比例系数[R1,R2,…,Rk]计算得到各驱动轴的驱动力控制量
Figure FDA0003119885250000014
即
Figure FDA0003119885250000015
并将其作为各驱动轴的驱动力控制指令，实现爬坡控制。
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