一種面向4WID-4WIS載人月球車的控制系統(tǒng)

邵斌澄 1，繆天緣 1，周永輝 2，李會軍 1，宋愛國

(1.東南大學儀器科學與工程學院，南京 210096；2.北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)

1 引言

載人登月始終是載人航天的主要目標之一，2019年美國NASA部署了阿爾忒彌斯登月任務，明確要在2024年之前實現(xiàn)登月，俄羅斯、日本與歐洲多國陸續(xù)加強了載人登月的研究。中國載人探月工程初步規(guī)劃為首次登月、月球站建設和月球站運營三大階段，載人月球車作為任務的核心構(gòu)成，承擔著航天員高速轉(zhuǎn)移、物資運輸、應急救援等重要任務，研究月球車的人機交互操作方式及動力控制模式尤其重要。

載人月球車本質(zhì)上隸屬于大型特種電動車，針對電驅(qū)動車輛的控制模式及相關(guān)算法，國內(nèi)外學者均進行了大量研究。劉成強等選擇轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)作為控制策略，對電機驅(qū)動系統(tǒng)進行了動態(tài)模擬仿真，設計的電機控制系統(tǒng)具備良好的轉(zhuǎn)速響應特性，可以滿足不同工況條件下的輸出特性需求；Yin等根據(jù)兩輪垂直載荷的不同，將扭矩分配給車后驅(qū)兩輪并通過模糊PID控制使得車輛的啟動滑移率變小，提高了運動效率；Ren等提出了一種基于PID控制的電子差速系統(tǒng)控制算法，顯著提高了車輛的加速性能。以上研究都只涉及兩輪驅(qū)動的控制，未考慮多輪協(xié)同工作的問題，而多電機獨立驅(qū)動因其結(jié)構(gòu)的特殊性和復雜性，已成為限制四輪獨立驅(qū)動(Four-Wheel-Independent-Drive，4WID)電動汽車發(fā)展的瓶頸之一。若多機協(xié)調(diào)控制不當，會出現(xiàn)行進輪間相互拖拽的現(xiàn)象，不僅增加功耗，而且可能會破壞運行穩(wěn)定性，導致事故發(fā)生。因此，多電機協(xié)調(diào)控制的好壞將直接影響車輛的可靠性、安全性和經(jīng)濟性。針對4WID系統(tǒng)中多電機協(xié)調(diào)運行問題，Zhang等提出了一種自適應滑模容錯協(xié)調(diào)控制(Adaptive Sliding Mode Fault Tolerant Coordinated Control，ASM-FTC)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在有電機故障的工況下依舊能完成任務；Li等開發(fā)了一種自適應容錯跟蹤控制方案，能夠補償車輛不確定的動力學干擾，有效地應對驅(qū)動意外故障的情況；Zhang等為了提高電動汽車的橫擺穩(wěn)定性，建立了分級控制結(jié)構(gòu)，上層為運動跟蹤層，下層為轉(zhuǎn)矩分配層，并基于dSPACE系統(tǒng)設計了原型試驗臺，采用最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配控制策略能有效地提高輪式電機驅(qū)動電動汽車的穩(wěn)定性。上述四輪獨立車輛分層控制方案雖然能同時保證車輛的穩(wěn)定性和操縱性，但控制方案復雜，涉及的工作量分配比較耗時。Zhang等等提出了一種直接獨立控制4個車輪的方法，不涉及復雜的層次結(jié)構(gòu)，并通過直線和轉(zhuǎn)向操縱驗證方法的有效性，但不適用于有車輪打滑的情況；Wang等基于機械式的轉(zhuǎn)向提出了一種差速驅(qū)動輔助轉(zhuǎn)向(Differential Drive Assisted Steering，DDAS)系統(tǒng)，通過兩側(cè)車輪之間的扭矩差來提高轉(zhuǎn)向的輕便性，可替代傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。

綜上，需設計一種能保證行進輪和轉(zhuǎn)向輪協(xié)同工作、可應對車輪陷坑打滑等復雜工況、符合人因工程學、簡便有效且完整的控制系統(tǒng)，以提升載人月球車的機動性、穩(wěn)定性。本文提出了一種面向四輪獨立驅(qū)動、獨立轉(zhuǎn)向的電動載人月球車控制系統(tǒng)，為應對復雜的路面環(huán)境，設計了四輪力矩分配策略、電子差速鎖策略，建立了車輛轉(zhuǎn)向運動學模型，提出了滿足四輪及前驅(qū)兩輪阿克曼關(guān)系的橫向控制算法，并完成了相關(guān)的地面控制試驗。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

載人月球車控制系統(tǒng)共分為4個模塊:電源系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和整車動力控制系統(tǒng)，總體的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 載人月球車控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of control system for manned lunar rover

電源系統(tǒng)為其他模塊供電，由動力鋰電池、降壓模塊及逆變器構(gòu)成，為實時檢測電池狀態(tài)，保證供電安全，設置了電量、溫度監(jiān)控裝置；電力驅(qū)動系統(tǒng)由電機、編碼器、驅(qū)動控制器及驅(qū)動力傳動裝置組成，是載人月球車的運動執(zhí)行系統(tǒng)；感知系統(tǒng)主要為視覺傳感器，包括長焦遠景攝像頭及4個廣角攝像頭，為駕駛員提供較遠的車前視野及廣闊的四周畫面；整車動力控制系統(tǒng)包括整車控制器PC、EtherCAT通信網(wǎng)絡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡、羅技G29方向盤、車載控制臺儀表開關(guān)及其信號采集單片機裝置等，此系統(tǒng)接收其他系統(tǒng)的信號，通過顯控ADS軟件直接展示給駕駛員，駕駛員通過方向盤及觸摸屏進行交互操作，控制指令經(jīng)EtherCAT通信網(wǎng)絡傳輸至電力驅(qū)動模塊，從而達到車輛控制目的。

3 電力驅(qū)動系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡

由于所有行進電機具有獨立驅(qū)動、能夠快速實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩響應且轉(zhuǎn)矩易于測量等諸多特點，所以四輪電驅(qū)車相比于傳統(tǒng)驅(qū)動形式的汽車具有更高的控制靈活性。同時，分布式驅(qū)動結(jié)構(gòu)不僅能降低對機械傳動零部件的要求，而且降低了電機驅(qū)動系統(tǒng)的母線電壓，從而提高了整車電氣安全性。此外，電機分布式布置使得車輛底盤空間布置更靈活，有利于提高車輛的被動安全性。

本文選取交流三相伺服電機作為執(zhí)行器，相比于直流電機，具有效率高、體積小、易維護、堅實可靠、使用周期長等優(yōu)勢。具體電機性能如表1所示。

表1 電機性能表Table 1 Motor parameter table

車輛控制系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡的優(yōu)劣決定了信號及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性及穩(wěn)定性。EtherCAT是一種開放的實時以太網(wǎng)通信協(xié)議，具有傳輸速率快、數(shù)據(jù)量大、實時性好等特點，能滿足大規(guī)?？刂蒲b置的控制需求。與傳統(tǒng)的線場總線相比，EtherCAT網(wǎng)絡可以掛載最多65 535個設備，單次傳輸字節(jié)數(shù)可達1498個，性能遠高于傳統(tǒng)總線方式。CANopen協(xié)議是一種基于CAN通信系統(tǒng)的通信協(xié)議，常用于運動控制網(wǎng)絡。通過將CoE(Canopen over Ethercat)嵌入到EtherCAT中，可兼容支持CANopen協(xié)議的驅(qū)動設備。本文基于工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線進行布局，具體如圖2所示。

圖2 EtherCAT通信網(wǎng)絡設計圖Fig.2 EtherCAT communication network design

使用Elmo伺服驅(qū)動，4組行進驅(qū)動器與4組轉(zhuǎn)向驅(qū)動器處于不同網(wǎng)段，通過功能區(qū)分，互不干擾，通過專用EtherCAT交換機與主站工控機相連接，8組驅(qū)動器作為從站。同時每個網(wǎng)段內(nèi)的4臺驅(qū)動器直接通過網(wǎng)線串聯(lián)，實現(xiàn)多驅(qū)動器的數(shù)據(jù)收發(fā)。主站工控機向從站驅(qū)動器發(fā)送控制指令，設定使能、電流、速度和位置信號，同時從站驅(qū)動器將各參數(shù)的實測值上傳回主站。

4 整車動力控制系統(tǒng)

整車動力控制系統(tǒng)以控制PC內(nèi)的車輛先進設計系統(tǒng)(Advanced Design System，ADS)控制軟件為核心，以EtherCAT和傳統(tǒng)以太網(wǎng)2個通信網(wǎng)絡為紐帶，以車載控制臺儀表開關(guān)、方向盤和觸控屏為人機輸入，以驅(qū)動器及電機為控制對象，以PID、扭矩分配策略及阿克曼轉(zhuǎn)向方法為控制算法，實時控制輸出的結(jié)果及傳感器圖像信息均在人機交互顯示軟件界面上顯示。

4.1 車輛ADS控制軟件設計

車輛ADS控制軟件為控制系統(tǒng)的核心，集成了控制算法、指令封裝、界面顯示、用戶調(diào)試等功能，具體如下:

1)控制指令封裝功能。將行進與轉(zhuǎn)向電機的控制指令封裝成模塊，例如行進電流輸入模塊、轉(zhuǎn)向速度輸入模塊等，便于算法進行調(diào)用。

2)車體運動信息顯示功能。實時從驅(qū)動器讀取所有電機的使能信息，各行進輪的轉(zhuǎn)速值、電流值，各轉(zhuǎn)向輪的角度值、電流值等，通過換算，在軟件界面儀表盤上顯示。

3)方向盤數(shù)據(jù)輸入及顯示功能。實時顯示速度設置值、實時的方向盤轉(zhuǎn)向角度、加減速觸發(fā)狀態(tài)、停止觸發(fā)狀態(tài)、行進與轉(zhuǎn)向模式切換信息等。

4)視覺圖像顯示功能。顯示車頂部大巴攝像頭實時圖像與車前、后、左、右4個廣角攝像頭的實時圖像，通過實時流傳輸協(xié)議(Real Time Streaming Protocol，RTSP)傳輸。軟件通過訪問車載的RTSP視屏盒獲取流數(shù)據(jù)。

5)用戶調(diào)試功能。遇到特殊情況時，駕駛員啟用此功能，可單獨對4個行進電機進行使能操作、監(jiān)控實時速度、實時電流，可直接控制電流使電機轉(zhuǎn)動。也可對4個轉(zhuǎn)向電機進行使能操作、監(jiān)控實時角度，可直接使用點動模式使電機轉(zhuǎn)動。并且實時記錄整車運動速度、各輪轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，保存至本地文件中。

車輛ADS控制軟件的工作流程如圖3所示。

圖3 車輛ADS控制軟件工作流程圖Fig.3 Work flow chart of vehicle ADS control software

當駕駛員打開整車控制PC后，車輛ADS控制軟件將會自啟動并進行軟件的功能自檢，包括串口通信、內(nèi)存共享、RTSP視頻流功能是否正常，如果檢測項測試都正常，則顯示主界面，否則對話框提示未通過項，并關(guān)閉軟件。這樣可以保證軟件的可執(zhí)行性與穩(wěn)定性，便于駕駛員執(zhí)行后續(xù)的監(jiān)測控制任務。當需要進行車輛運動操作時，需先激活方向盤的控制，開啟電機使能后，通過方向盤的撥鈕設置車速，通過按鈕實現(xiàn)擋位及控制模式的切換，包括前進與后退擋位切換和前橋轉(zhuǎn)向與四輪轉(zhuǎn)向模式的切換，以便于駕駛員機動靈活地進行控制，或者在特殊故障情況下完成操作任務。當完成任務后，駕駛員需斷開電機使能，關(guān)閉軟件。

4.2 控制算法設計

載人月球車的控制主要分為縱向運動控制與橫向轉(zhuǎn)向控制。

4.2.1 車輛縱向控制算法設計

縱向運動采用基于PD的整車轉(zhuǎn)速控制與車輪力矩分配策略，利用四輪驅(qū)動力矩獨立可控的優(yōu)勢，采用基于車輪打滑情況的扭矩分配規(guī)則來實現(xiàn)協(xié)調(diào)分配。控制算法框圖如圖4所示。

圖4 車輛縱向控制算法框圖Fig.4 Block diagram of vehicle longitudinal control algorithm

整車所需要的扭矩

T

如公式(1)和(2)所示:

其中，

K

及

K

為PID調(diào)節(jié)的系數(shù)，

K

為反電動勢系數(shù)，

V

為駕駛員用方向盤設置的整車目標速度，

V

為整車實際行進速度，由行進驅(qū)動器組實時反饋，Δ

V

為速度誤差，

V

為前一時刻的速度誤差，

V

為前一時刻的目標速度，

M

為整車質(zhì)量，取值為3500 kg，

T

為克服動摩擦需要的扭矩，其公式如(3)所示:

其中，

μ

為動摩擦系數(shù)，取0.003，

g

為重力加速度，因在地球表面進行試驗，取9.8 m/s。

T

～

T

分別為分配給左前輪、右前輪、左后輪與右后輪的扭矩，具體計算如公式(4)、(5)所示:

其中，

N

為不打滑車輪的數(shù)量。為判斷車輪是否打滑，結(jié)合本文月球車的具體情況，設定了一個速度閾值

V

=1 km/h，若某時刻車輪的轉(zhuǎn)速與四輪中最小轉(zhuǎn)速差值的絕對值超過

V

，便認定此車輪打滑，打滑輪不參與此時刻力矩的分配，只提供小電流輸入，維持其轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了電子差速鎖的功能，保證扭矩分配的合理性

4.2.2 車輛橫向控制算法設計

橫向運動采用基于阿克曼轉(zhuǎn)向模型的控制策略，該原理是在假定汽車前輪定位角為0，汽車行駛系統(tǒng)為剛性，汽車行駛中無側(cè)向力的情況下，四輪繞同一圓心作純滾動運動。

在車輪最大轉(zhuǎn)角一定的情況下，為減小車輛轉(zhuǎn)彎半徑，采用四輪轉(zhuǎn)向必定優(yōu)于前驅(qū)兩輪轉(zhuǎn)向?？紤]到特種車輛面向的工況較為復雜，本文默認使用四輪轉(zhuǎn)向控制模式，當有意外情況，如后輪轉(zhuǎn)向失效時，駕駛員可以在線手動切換成前驅(qū)兩輪轉(zhuǎn)向模式。

車輛橫向控制算法如圖5所示。

圖5 車輛橫向控制算法框圖Fig.5 Block diagram of vehicle lateral control algorithm

在滿足阿卡曼轉(zhuǎn)向關(guān)系的前提下，每一個方向盤轉(zhuǎn)角

θ

都可映射到4個車輪的目標轉(zhuǎn)角

θ

～

θ

，對每個車輪進行位置環(huán)的PID控制，將參考速度值寫入EtherCAT驅(qū)動器，交流伺服電機工作在速度環(huán)，通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)化為4個車輪的轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)橫向協(xié)同控制。前驅(qū)兩輪轉(zhuǎn)向的模型如圖6所示。

圖6 前驅(qū)兩輪轉(zhuǎn)向模型示意圖Fig.6 Schematic diagram of front axle two wheel steering model

以整車左轉(zhuǎn)向為例，

O

為整車轉(zhuǎn)向圓心，

C

為整車質(zhì)心，

L

為車輛前軸至車質(zhì)量中心的軸距，

L

為車輛后軸至車質(zhì)量中心的軸距，

D

為后軸軸距的1

/

2，

θ

為車輛轉(zhuǎn)向角，

R

為質(zhì)心轉(zhuǎn)彎半徑，

R

、

R

為轉(zhuǎn)向中心到左、右前輪距離，

R

、

R

為轉(zhuǎn)向中心到兩后輪的距離，

R

為轉(zhuǎn)向中心到車質(zhì)量中心的垂直距離，

τ

為整車寬長比，取1.0338。其中

L

、

L

、

D

和

τ

都為車輛基本參數(shù)。

θ

、

θ

是前橋兩輪轉(zhuǎn)角，右轉(zhuǎn)時定義為正，

θ

跟隨方向盤的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)

θ

，

θ

根據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向關(guān)系計算得出。根據(jù)幾何關(guān)系，由公式(6)～(11)可計算出

θ

的大小。

根據(jù)速度瞬心特性可知，各質(zhì)點的速度之比等于各點到瞬心的距離之比，可得左前輪

V

、右前輪

V

、質(zhì)量中心

V

、左后輪

V

及右后輪

V

的速度，如公式(12):

為減小整車轉(zhuǎn)彎半徑，提高運動靈活性，整車默認使用四輪轉(zhuǎn)向，前后輪都參與調(diào)節(jié)，且轉(zhuǎn)向方向相反。本文研究的車輛質(zhì)心基本位于整車中間，簡化模型可得

L

=

L

，因此轉(zhuǎn)向時兩內(nèi)側(cè)輪的轉(zhuǎn)角相同，兩外側(cè)輪的轉(zhuǎn)角也相同。依舊以整車左轉(zhuǎn)為例，模型如圖7所示。整車轉(zhuǎn)向圓心

O

與質(zhì)心

C

連線平行于車前后軸，

R

～

R

為圓心至4個車輪的距離，

R

為整車的轉(zhuǎn)彎半徑，

θ

～

θ

為四輪的轉(zhuǎn)向角度。由對稱關(guān)系可知:

R

=

R

，

θ

=

θ

，

R

=

R

，

θ

=

θ

。

圖7 四輪轉(zhuǎn)向模型示意圖Fig.7 Schematic diagram of four wheel steering model

由幾何關(guān)系可得式(13)、(14):

因此可計算出

θ

的大小，如式(15)所示:

根據(jù)速度瞬心特性可知，各質(zhì)點的速度之比等于各點到瞬心的距離之比，可得式(16):

5 地面試驗

為驗證車輛縱向與橫向控制算法設計的準確性與有效性，設計并進行了地面試驗，包括多種速度的行進試驗、爬坡試驗及原地轉(zhuǎn)向試驗。

5.1 多種速度的行進試驗

工況為水泥路面，略微有些起伏。使用方向盤加速及減速2個撥鈕設置整車的目標速度

V

，分為3檔:1 km/h、2 km/h與3 km/h，實時記錄目標速度與實際速度

V

，監(jiān)控四輪(左前輪、右前輪、左后輪和右后輪)的有效電流值

i

～

i

，結(jié)果如圖8～10所示。

圖8表明目標速度為1 km/h時，整車運動速度曲線跟隨較好，實際速度有上下小范圍的波動，主要原因是因為車體4個輪子柔性較強，車體運動過程中有自發(fā)性抖動；整車穩(wěn)定運動后速度誤差在±0.2 km/h范圍內(nèi)；四輪實時電流平穩(wěn)，平均值為7.5 A，峰值為12 A，力矩分配均勻。

圖8 來回1 km/h條件下速度跟隨及電流曲線圖Fig.8 Velocity following and current curve diagram at 1 km/h back and forth

圖9表明目標速度為2 km/h時，整車運動速度曲線跟隨有滯后，穩(wěn)定運動后速度誤差在±0.3 km/h范圍內(nèi)；四輪實時電流較為平穩(wěn)，平均值為11 A，峰值達到16 A。

圖9 來回2 km/h條件下速度跟隨及電流曲線圖Fig.9 Velocity following and current curve diagram at 2 km/h back and forth

圖10表明目標速度為3 km/h時，整車運動依舊有滯后，穩(wěn)定運動后速度誤差在±0.45 km/h范圍內(nèi)；四輪實時電流變化幅度增加，峰值達到25 A。

圖10 來回3 km/h條件下速度跟隨及電流曲線圖Fig.10 Velocity following and current curve diagram at 3 km/h back and forth

5.2 爬坡試驗

為研究車輛越障及爬坡性能，在路面設置小型障礙及2個并排放置的20°鑄鐵坡道，以4 km/h最大速度進行試驗，結(jié)果如圖11所示。

(3)利用PD-HFLWA和決策專家權(quán)重確定群體偏好矩陣其中為PD-HFLTS，表征以指標cy為基準，指標cn相對于指標cx的重要度；

圖11 越障爬坡速度跟隨及電流曲線圖Fig.11 Obstacle crossing and climbing velocity following and current curve

由圖11可知，整車運動分4個階段。第1階段為去程越障，速度跟隨有一個小的滯后，接著快速接近并到達目標速度4 km/h，靠近坡道時減速停車，電流亦持續(xù)增加至21 A后衰減；第2階段為去程爬坡，因爬坡初期扭矩不足，速度跟隨滯后顯著，當電流持續(xù)增大時，車速亦提升起來，越過坡道后減速停止；第3階段為回程爬坡，電流峰值達到42 A(未超過驅(qū)動器峰值電流54 A)，因越過坡道時未及時減速，導致車速過快導致超調(diào)；第4階段為回程越障。該試驗證明整車具備較好的越障及爬坡性能。

5.3 轉(zhuǎn)向試驗

車輛原地使用方向盤，設置目標轉(zhuǎn)角±5°，在前驅(qū)轉(zhuǎn)向模式和四輪轉(zhuǎn)向模式下分別進行試驗，實時記錄目標角度

θ

與四輪實際轉(zhuǎn)角

θ

～

θ

的曲線，結(jié)果如圖12和圖13所示。

圖12 前驅(qū)轉(zhuǎn)向條件車輪轉(zhuǎn)角及阿克曼誤差曲線圖Fig.12 Wheel angle and Ackerman error curve under front axle steering condition

圖13 四輪轉(zhuǎn)向條件車輪轉(zhuǎn)角及相關(guān)誤差曲線圖Fig.13 Wheel angle and related error curve under four-wheel steering condition

前驅(qū)轉(zhuǎn)向模式下，后兩輪轉(zhuǎn)角

θ

與

θ

始終為0

°

。轉(zhuǎn)角

θ

為正，表明整車進行右轉(zhuǎn)，右前輪轉(zhuǎn)角

θ

與目標值

θ

一致，左前輪轉(zhuǎn)角

θ

始終小于

θ

，

θ

為負，表示整車左轉(zhuǎn)，左前輪轉(zhuǎn)角

θ

與目標值

θ

一致，右前輪轉(zhuǎn)角

θ

絕對值始終小于

θ

絕對值，且滿足公式(11)。兩輪轉(zhuǎn)角實時跟隨目標角度，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.01°。阿克曼轉(zhuǎn)角誤差定義為實際轉(zhuǎn)向角度與模型理論角度的差值，可用于衡量兩車輪轉(zhuǎn)向的協(xié)同性，該誤差小于0.06°。四輪轉(zhuǎn)向模式下，所有輪都參與轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。目標轉(zhuǎn)角

θ

為正值，表明整車進行右轉(zhuǎn)，

θ

跟隨目標值

θ

，

θ

始終小于θ，后驅(qū)輪轉(zhuǎn)角

θ

、

θ

和前驅(qū)輪轉(zhuǎn)角

θ

、

θ

大小一致，方向相反。

θ

為負，表示整車左轉(zhuǎn)，

θ

跟隨目標值

θ

，

θ

隨動且滿足公式(15)?？刂聘S效果良好，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.01°。阿克曼誤差可衡量前驅(qū)兩輪與后驅(qū)兩輪的控制協(xié)同性，同側(cè)轉(zhuǎn)角誤差可衡量左側(cè)兩輪與右側(cè)兩輪的控制協(xié)同性。由圖可知，前驅(qū)輪阿克曼誤差最大值為0.057°，后驅(qū)輪最大誤差為0.048°，總體可控制在±0.03°范圍內(nèi)，左側(cè)輪轉(zhuǎn)角最大誤差為0.04°，右側(cè)最大誤差為0.05°，整體上誤差絕對值小于0.02°，轉(zhuǎn)向過程中四輪協(xié)同性與穩(wěn)定性良好。

6 結(jié)論

1)本文構(gòu)建了一套面向4WID-4WIS載人月球車的控制系統(tǒng)，設計了電源、電力驅(qū)動、感知和整車動力控制4個子模塊，使用EtherCAT網(wǎng)絡連接8套驅(qū)動-電機系統(tǒng)，實現(xiàn)低延時穩(wěn)定控制，設計的車輛ADS控制軟件具備良好人機交互性。

3)試驗驗證了算法的有效性及穩(wěn)定性?？v向運動中，在1～3 km/h的目標速度下，整車速度跟隨良好，力矩分配均勻，電流峰值分別達到12 A、16 A與25 A；月球車可翻越20°坡道；在前驅(qū)轉(zhuǎn)向及四輪轉(zhuǎn)向模式下，橫向運動的穩(wěn)態(tài)誤差均小于0.01°，阿克曼誤差均小于0.06°。