[发明专利]四轮独立转向电动车辆四轮转向-前/后轮转向动态切换方法

说明书

本发明涉及一种四轮独立转向电动车辆四轮转向‑前/后轮转向动态切换方法，利用对四个独立车轮的运动轨迹进行“样条曲线‑运动学‑动力学”轨迹规划，实现4WIS电动车辆四轮转向与前/后轮转向之间的不停车平滑切换。通过对4WIS车辆的四个独立车轮的运动轨迹进行合理规划，实现前轮转向模式与后轮转向模式之间的不停车切换。该方法应用B样条曲线构造某个车轮或虚拟车轮的轨迹，使车轮的运动轨迹满足平滑性要求。利用车辆动力学及运动学约束，求解出其它车轮的运动轨迹，使车辆在四轮转向与前/后轮转向模式切换过程满足动力学及运动学要求，提高4WIS车辆的机动性与智能性。

技术领域

本发明涉及一种四轮独立转向电动车辆四轮转向-前/后轮转向动态切换方法。具体来说就是通过构造B样条曲线作为主动轮轨迹，利用车辆动力学及运动学得到其他车轮的轨迹，实现4WIS电动车辆的四轮转向模式与前/后轮转向模式之间的不停车平滑动态切换。

背景技术

四轮独立转向(4WIS)电动车辆的四个车辆之间没有机械约束与连接，因此四个独立车轮的运动姿态可以独立控制，车辆的机动性和可操纵性强，可以满足如今日益苛刻的对汽车灵活性、自动化及智能化的要求，因此广泛应用于工业、农业、军事、宇宙探索等多个领域，成为目前车辆领域的研究热点。4WIS具有前轮转向、后轮转向、四轮转向等多种转向模式，传统的转向模型的切换是在停车情况下完成的，这对于低速或超低速行驶车辆，停车切换带来的影响不大，但是随着车辆行驶速度要求的提高与车辆所处环境越来越复杂，以及4WIS车辆的进一步实际道路行驶，停车切换将严重制约该车辆的行驶安全性、机动性及智能性。在这种背景下，转向模式的不停车切换对4WIS车辆是必要及必需的。

发明内容

本发明在充分考虑车辆动力学及运动学约束的基础上，提出一种基于样条曲线构造的四轮独立转向电动车辆四轮转向-前/后轮转向模式动态切换方法，该方法，应用B样条曲线构造转向模式切换过程中主动轮的运动轨迹，使车辆在转向模式动态切换的过程中的运动轨迹满足平滑性要求。

本发明的技术方案是：.一种四轮独立转向电动车辆四轮转向-前/后轮转向动态切换方法，利用对四个独立车轮的运动轨迹进行“样条曲线-运动学-动力学”轨迹规划，实现4WIS电动车辆四轮转向与前/后轮转向之间的不停车平滑切换，具体步骤为：首先，将四个独立车轮之间分为主动轮与从动轮，主动轮和从动轮定义为两种形式：(1)定义四个车轮中某个车轮为主动轮，其它三个车轮为从动轮；(2)定义一个虚拟车轮为主动轮，四个车轮为从动轮；根据“样条曲线-运动学-动力学”轨迹规划方法的特点：主动轮的运动轨迹通过构造B样条曲线得到，从动轮的运动轨迹通过车辆的运动学及动力学约束求出，所述B样条曲线为三次样条曲线，构造三次样条曲线采用四个控制点，其中，构建曲线的基本控制点为切换前后的初始点与终止点及2个中间控制点，前轮转向时后车轮的转向角为零度，后轮转向时前车轮的转向角为零度；所述动力学约束为车辆在模式切换过程中车辆横摆角速度保持不变，运动学约束采用阿克曼几何原理，用动力学与运动学约束方程结合主动轮B样条轨迹方程计算出从动轮的运动轨迹。

当采用虚拟车轮时，前、后轮转向的主动轮的位置分别为两前轮与两后轮的中点位置，虚拟轮的角度与四个车轮之间的角度关系满足阿克曼几何原理。

所述主动轮B样条轨迹计算：

1)所述控制点的计算是根据双圆切线法求出：