Достижения в области автомобилестроения
Открытый доступ

Абстрактный

Иерархическое координированное распределение управления и экспериментальная проверка для шестиколесных беспилотных наземных транспортных средств

Раджан Прасад1, Юэ Ма, Ю Ван, Хуйминь Чжан

В последние годы независимый привод на все колеса стал наиболее перспективной формой конфигурации привода в беспилотных наземных транспортных средствах. Учитывая трудности распределения управления для этого типа транспортных средств, в этой статье представлена ​​иерархическая стратегия координации управления с тремя уровнями для эффективного и точного распределения управления в реальном времени. На верхнем уровне предлагается метод анализа гибридных инструкций, который преобразует команды панели управления в требуемую движущую силу и целевую скорость рыскания рулевого управления, соответственно, для приоритизации команд рулевого управления для поддержания траектории на основе свойств двигателя. Затем используется контроллер скользящего режима для преобразования целевой скорости рыскания в требуемый момент рыскания. Уровень оценки состояния получает данные от датчиков и оценивает различные свойства/параметры, требуемые в других уровнях. Уровень управления нижнего уровня получает команды от верхнего уровня и распределяет соответствующее управление по колесам. Проблема распределения управления была сформулирована как задача оптимизации и позже была преобразована в задачу квадратичного программирования, в которой был принят новый модифицированный барьерный метод с комбинацией уменьшенной размерности уравнения для минимизации вычислительных усилий и сложности реализации на встроенной платформе. Были проведены компьютерное моделирование и полевые эксперименты, которые проверяют эффективность предлагаемой стратегии. Беспилотное наземное транспортное средство (UGV), платформа беспилотного транспортного средства, пользуется популярностью во многих практических ситуациях, которые опасны, сложны или неудобны для присутствия людей-водителей на борту. Общими компонентами UGV являются различные датчики для получения информации об окружающей среде, блок управления для ее обработки и принятия решений и беспроводная система связи для мониторинга. UGV может использоваться в различных приложениях для гражданских или военных целей, таких как обращение со взрывчатыми веществами, обнаружение мин и бомб, наблюдение и разведка, боевые машины, сельскохозяйственные машины, горнодобывающие машины, автоматизация производства и так далее. UGV также используется для поиска и операций в
районах стихийных бедствий, чтобы свести к минимуму человеческие жертвы.
В последние годы влияние глобального потепления, растущий уровень загрязнения, нехватка невозобновляемой энергии побудили автомобильную промышленность перейти к исследованиям и разработкам в области электромобилей (ЭМ) как будущего транспортного средства. Кроме того, экологически чистые и нормативные акты с нулевым уровнем выбросов стали катализатором перехода к этому сектору. Текущие исследования в области аккумуляторных технологий, приводов двигателей и контроллеров, а также других вспомогательных аксессуаров привели к увеличению количества ЭМ, производимых с каждым днем, в отличие от более ранних темпов производства. ЭМ стали центральной темой исследований из-за их многочисленных преимуществ по сравнению с транспортными средствами на обычном топливе с точки зрения загрязнения, вибрации, устойчивости и т. д. С учетом необходимости оптимизации общего размера транспортного средства и потерь мощности появилась архитектура полного независимого привода (AWID), чистый электромобиль с новой конфигурацией привода транспортного средства, исключающая использование обычной системы трансмиссии, дифференциальных трансмиссий, при содействии разработки сложной стратегии трансмиссии и, как ожидается, станет популярной будущей конфигурацией привода.1–4 Полноприводная конфигурация возможна из-за способности двигателя генерировать желаемый крутящий момент резко и точно с простотой измерения. Фактически, первое транспортное средство на Луне, Lunar Rover,5 имело двигатели в колесах с новой конфигурацией AWID. С развитием технологий привода и двигателя UGV проектируются с электродвигателями для бесшумной работы, меньшего количества тепловых сигнатур и т. д. Привод в колесах имеет многочисленные преимущества по сравнению с обычным приводом на оси. Он может сделать конструкцию транспортного средства компактной за счет минимизации пространства подвески и обеспечить возможность вездеходного движения благодаря механизму дифференциального рулевого управления (рулевое управление с заносом). С in-WID автомобиль может использоваться в различных приложениях с интенсивным маневрированием, поскольку он может сочетать функции ABS (антиблокировочной тормозной системы) и TCS (системы контроля тяги). Такие особенности привода на колеса делают его очень подходящим для использования в оборонной сфере.