運用最佳化輪胎力量分配於前輪轉向/後輪驅動車輛之運動控制

Abstract

汽車從發明至今已經成為人類生活的一部份，近年來越來越多的國內外車廠致力於各種先進車輛控制系統的研發，不管是使用何種控制方法以及所應用於的車輛驅動與操作模式，這些系統都正朝著人性化、安全性與環保性的目標前進。 本研究考量主動式安全性問題，利用最佳化輪胎與路面間摩擦力分配方法提供一個針對一般傳統車輛驅動模式(前輪轉向、後輪驅動)的運動控制系統。控制系統架構分為三層：上層控制器、最佳化輪胎與路面間摩擦力分配演算法、下層控制器。當駕駛員下達轉向命令時，上層控制器會計算出參考軌跡並演算出車輛所需總縱向合力、總側向合力以及橫擺力矩總合使車輛跟隨此參考軌跡。最佳化演算法把這些總合力、力矩分配至各個輪胎。接著下層控制器考慮到輪胎動態的非線性與不確定特性進而計算出各輪胎所需扭矩以達其期望摩擦力。而其中因為車輛模型為前輪轉向關係，後輪轉向角恆為零，以致無法控制後輪側向力，故控制器本身還需具備後輪側向力估測能力。最後本研究透過模擬在轉向與車道變換的駕駛情況下控制器控制的結果以驗證其效用。

This paper presents a motion control scheme for a front-wheel-steering/rear-wheel- driving (FWS/RWD) vehicle using the optimum tire force distribution method. The proposed control system is divided into three layers: the upper controller, the optimum tire force distribution algorithm, and the lower controller. When the driver commands the vehicle, the upper controller computes the total desired longitudinal tire force, lateral tire force, and the desired yaw moment which allow the vehicle to follow the given reference trajectory. Then the desired forces and moments are optimally distributed to the four wheels, and the lower controller compensates for the nonlinear and uncertain characteristics of the tire dynamics to generate the desired forces. Finally, simulations are carried out to verify the effectiveness of the proposed control scheme.