从化升降车租赁,   如何基于动态虚拟地形场控制升降车路径跟踪??     从化升降车出租,  升降车出租      根据前文中的研究，升降车存在无自动回正能力、方向盘与折腰角不能同时回正、以及驾驶员视野随前车体转动等一系列问题，使驾驶员难以找到判断基准并增加了驾驶员的操作负担，降低了升降车的行驶稳定性。此外，由于升降车通常行驶在崎岖不平的路况中，会对驾驶员的乘坐舒适性甚至健康状态带来负面影响。因此，将无人驾驶技术应用到升降车上可消除车辆行驶环境对驾驶员安全的影响，通过建立合适的无人驾驶升降车路径跟踪策略可有效提高升降车的行驶稳定性。对于无人驾驶升降车，车辆有无自动回正能力对控制效果影响不大，但方向盘与折腰角不能同时回正、以及驾驶员视野随前车体转动的问题必须予以考虑。对于方向盘与折腰角不同时回正的问题，若方向盘回正后车体折腰角仍然存在，则升降车将会继续转向行驶进而逐渐偏离预定路线：若车体折腰角回正后方向盘没有回正，则在进一步将方向盘回正时就会引起车体折腰角再次产生，同样会使车辆偏离目标路径。其次，由于驾驶员视野对应于前车体的航向角，当有折腰角输入时升降车的航向角同样会改变，而车辆的航向角时路径跟踪控制中的一个被控参数，因此这是升降车路径跟踪控制中需要考虑的另一个问题。通常对于轮式转向车辆和牵引半挂车等车辆，在转角输入的瞬间其航向角基本不会变化，三种车辆在转向过程中的航向角变化。在以往的研究中，由于没有考虑上述升降车的转向缺陷、以及研究模型过于简单等问题，升降车的实际路径跟踪控制效果十分有限。车辆的路径跟踪控制通常包括纵向车速控制与横向误差控制，纵向车速控制是保证安全、节能的一个因素，在良好路面应尽量以恒定车速行驶、而在大的弯道处则必须降低车速，以保持车辆的安全与稳定。横向误差控制也称为方向控制，主要控制侧向位置误差和航向角误差。最好的路径跟踪控制效果应满足：在保证安全的前提下，轨迹跟踪准确、车速控制合理。

　　  １基于主动安全的车速控制，　无人驾驶车辆的速度控制主要研究如何设计一条可以有效的控制律去控制刹车量和油门值以及两者之间的合理切换，甚至是换挡，从而能够按照决策系统所给出的期望速度行驶。鉴于升降车的特殊行驶路况及现实情况，本文对升降车车速控制的出发点主要是用于保证车辆的安全，避免转弯时车速过大而发生危险，特别是侧翻的问题，由于升降车的质心位置通常较高，加上转弯时产生的质心位置偏移，当车速较高时很容易发生侧翻。升降车行驶在不同曲率的道路时，不发生侧翻所允许的极限车速Ｃ临界车速）也不同，在同一车速下，道路曲率越大车辆月容易发生侧翻。因此升降车路径跟踪时的临界车速可根据车辆所在位置的参考路径曲率进行计算。鉴于升降车侧倾动力学模型较为复杂，若使用侧倾动力学模型计算临界车速，则难免会使控制算法过于复杂，影响控制器的实时性。且由于升降车所处的道路条件较为复杂，路面不平等多种因素的作用导致实际动态侧翻模型计算值也失去参考价值。因此，本文仅以简单的稳态转向时侧翻力学模型计算临界速度。车辆在稳态转向行驶时，车辆的质心位置没有发生改变，车身侧倾主要受到侧向加速度产生的离心力影响。当离心力与重力的合力越过外侧车轮接地点后，车辆将发生侧翻，此时根据平衡方程可以求得临界侧向加速度值，　　而侧向加速度同样可表述为与车速及转向半径的关系．　由上述两式可得出升降车转向时的临界车速．考虑到动态侧翻影响的可能，在临界车速的基础上再乘以安全系数０．８，因此升降车的实际参考车速．根据前文中建立的升降车动力学模型，可通过设计ＰIＤ控制算法自动调节驱动力矩的大小，从而实现对目标车速的控制。

　　２基于虚拟地形场的无人驾驶方向控制， 重点集中在解决路径跟踪控制过程中不合理转向操作引起的“蛇形”运动轨迹的问题。研究是建立在假设参考行驶路径己知的前提下进行的，不涉及路径规划的问题，即只负责控制升降车准确跟踪所给出的参考路径。针对升降车可操纵性较差和转向方式特殊的特点，本文提出了一种基于可变虚拟地形场的升降车路径跟踪控制策略，以达到准确的控制效果。基本原理为，假设沿参考路径方向存在一条虚拟的Ｕ－型截面道路场，，参考路径处于Ｕ－型截面的最低处。当车辆偏离参考路线时，处于虚拟斜坡路面上的升降车将在重力的作用下逐渐回到最低位置。之后结合重力在斜坡路面的分力与车辆的力学模型可得出相应的折腰角控制量。首先通过地图给出的参考路径和传感器测量得出的车辆状态参数（如车辆坐标、航向角等）计算出车辆当前误差，包括侧向位置误差、航向角误差和曲率误差等；之后给出由基本地形和动态可变地形确定的虚拟地形场方程；根据虚拟地形场中车辆侧倾产生的轮胎侧向力和车辆动力学模型，可计算得出主要折腰角，再与补偿角叠加得出目标折腰角；最后通过计算得出需要的方向盘转角量用于控制车辆运动轨迹。２．１车辆行驶误羞计算，　根据升降车１２－ＤＯＦ模型可以直接求解得出升降车沿各个方向的速度和横摆角速度等参数，据此可进一步求出车辆实时航向角、以及位置等参数。在车辆行驶误差计算之前，首先需要在参考路径上找出距离车辆坐标最近的点（石、即道路参考点，该点可通过参数寻优与插值法得出。在道路参考点处做切线并结合车辆的前进方向，可得出道路参考航向角，　因此，升降车的航向偏差．　根据车辆坐标与道路参考点的坐标可求出侧向位移偏差的大小。

       ２．２虚拟地形场横截面函数设计，　在升降车直线行驶时，车辆行驶误差将完全通过虚拟地形场进行控制；转弯时，车辆偏差由虚拟地形场与曲率偏差控制量同时控制，即相当于将转弯时的偏差分解为圆周行驶的曲率偏差和直线行驶的等效位置误差。当车辆存在航向角误差时，即使暂时没有侧向位移误差，但随着时间的增长，车辆就会逐渐偏离预定路径，从而产生侧向位移误差。因此，航向角误差对车辆的位置误差有潜在的影响，很多研究中将航向角误差与预瞄距离的乘积与侧向位移误差叠加，作为等效位移误差．　在直线道路行驶时，升降车的虚拟地形场横截面高度定义为关于中心点对称的二次函数．　在转弯道路行驶时，由于存在轮胎侧偏的问题，特别是在高速时侧偏现象更为严重。若不对车辆质心侧偏问题加以控制，车辆转弯时行驶轨迹难免会偏离中心参考路径。针对这一问题，本文提出了两种控制方法用于纠正路径跟踪中转向时质心侧偏的问题。第一种是将转向时虚拟地形场整体向内侧倾一定角度，从而消除转向过程中离心力造成的质心侧偏的影响，简称为“道路侧倾控制。转弯时路面的倾斜角度应恰好能够使路面对车辆支持力的水平分量抵消车辆所需的向心力，此时轮胎与路面的侧向摩擦力为零，从而消除了质心侧偏角的影响。第二种是直接对车辆质心侧偏角进行控制，即将质心侧偏角与车辆纵向速度方向角的矢量和作为车辆的实际航向角，简称为“直接侧偏角控制”。因此，质心侧偏角将被作为航向角误差的一部分考虑在内，　为降低转角控制时的波动，在路面综合侧倾角控制函数中引入阻尼量：分别为误差量变化率的阻尼系数。路面高度系数的大小决定了虚拟地形场横截面曲线的陡峭程度，在相同侧向误差时，如越大，虚拟路面倾斜角度越大，进而允许的侧向误差越小。假设最大允许的侧向误差，　同时最大路面侧倾角度应保证车辆不向内侧翻，因而临界侧倾角为：结合上述两式可得路面高度系数：虚拟地形场的形状取决于侧向误差、航向误差、预瞄距离、转弯曲率、质心侧偏角等参数。在参考路线给定后，与侧向误差、转弯曲率相关的虚拟地形可直接确定出来，可将其称为“基本地形”；而航向误差、质心侧偏角、预瞄距离取决于车辆的运动状态（不确定参数），因而可将与这些参数相关的部分称为“动态调节地形”。以双移线参考路径为例，给出了由侧向误差和曲率确定的基本地形场的地形高度原理图。其中采用直接侧偏角控制对应的基本地形场在整个路径跟踪过程中均保持左右两侧对称。同时动态地形场的调节量取决于预睡距离、航向角偏差、车辆质心侧偏角。而采用道路侧倾控制对应的基本地形场在转弯过程由于整个虚拟地面产生倾斜，外侧地形会升高。与此同时，动态地形场调节量取决于预瞄距离和航向角偏差．

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     ２．３虚拟地形场与坐标折腰角的转换　　由于虚拟地形场本身并不存在，不会直接对升降车产生作用，因而需要将虚拟地形场的路面倾角函数转换为与升降车相关的轮胎力，进而根据车辆动力学模型求出需要的折腰角控制量。在等效路面倾角的作用下，由于重力的作用使车辆沿侧倾斜面产生侧向恢复力，用于将车辆拉回至中心位置：在虚拟地形场的作用中，路面倾角下重力加速度的分力形成轮胎侧向力，结合正常转向角度下的侧向力，可用升降车稳态转向时的质心侧偏角和横摆角速度代替。稳态横摆角速度，可得由虚拟地形场对应的折腰角控制量：由升降车的几何转向关系，可得出圆周转向时曲率偏差对应的折腰角控制量：为参考路径的半径，与曲率的关系。可得出虚拟地形场中的目标折腰角为：将虚拟地形场和曲率偏差的折腰角控制量叠加后，得出的目标折腰角作用到车体上后很可能会导致升降车的侧翻，因此，必须根据车速对最大允许的折腰角控制量进行限制。车辆在以车速进行转向时，保持不发生侧翻的最小转向半径对应的车辆内侧车轮垂向载荷为０，以外侧车轮接地点取矩，最小转向半径为：最小转向半径对应的升降车折腰角极限值为，最终得出根据虚拟地形场和曲率偏差计算出的目标折腰角控制量：．

      ２．４方向盘转角控制,  根据前文中的研究知，升降车的方向盘转角与车体折腰角不完全符合线性比例关系，在转向操作过程中会出现方向盘与折腰角不能同时回正的问题。因此，在得出目标折腰角控制量后，若仅通过一个固定的比例系数计算方向盘转角，则实际路径跟踪控制效果将会变差。针对上述问题，本文提出两种升降车方向盘转角控制方法：一种是通过固定传动比计算值作为基本控制转角，设计ＰＩＤ反馈控制器对转角进行动态调整；另一种是根据转向器流量放大比例基本关系进行査表，得出变化的流量放大比，进而计算所需的方向盘转角。方向盘转角可由经过转向器计量马达的总流量和理论弧度排量计算得出：由于进入转向油缸的总流量包括流经计量马达的流量和经过流量放大器的流量，假设流量放大比例为则经过计量马达的油液体积，分子部分为不考虑液压缸的泄露和油液的压缩时流入液压转向缸总的体积，Ｘｉ、分别为左右转向油缸的位移：方向盘转角可表述为与车体折腰角和流量放大比相关的函数。采用固定传动比与ＰＩＤ反馈控制相结合的升降车折腰角控制原理。流量放大比采用１￣１．６之间的一个固定值，本文采取知ｍｐ＝１．５。ＰＩＤ控制器根据目标折腰角与升降车实际折腰角之间的误差对方向盘转角进行动态修正，从而使实际的车体折腰角跟踪折腰角的目标值。以查表方式计算流量放大比并计算得出可变传动比的方向盘转角控制原理。其中流量放大比ｆｅｗ采用查表的方式得出。数据表为根据流量放大器的放大比例曲线给出，输入为方向盘转动的角速度，通过查表得出实时放大比。査表计算可变传动比然而以查表方式计算流量放大比并得出可变传动比的方式有诸多缺陷，根据第五章的分析结果：流量放大器的实际放大比受多种参数的影响而存在波动，且即使流量放大比固定，方向盘转角与车体折腰角的传动比也不是固定值，会受到油压、负载等多种参数的影响。且由于方向盘转角在作为被控量的同时也是输入量，形成代数环，很容易引起累积误差。通过仿真也发现这种控制方式的效果远差于第一种控制方式，因此这种方向盘转角控制方式不建议采用。

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