基于变分法的四轮转向机动车辆路径规划及最优控制研究

作     者：Hami Tourajizadeh Mohsen Sarvari Samira Afshari Hami Tourajizadeh;Mohsen Sarvari;Samira Afshari

作者机构：Mechanical Engineering DepartmentFaculty of EngineeringKharazmi UniversityTehranIran University of IowaIowa CityIowaUSA 

出 版 物：《Acta Mechanica Sinica》 (力学学报（英文版）)

年 卷 期：2024年第40卷第2期

页      面：147-161页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：成本函数 最优控制 机动车辆 变分法 能量消耗 四轮转向 车辆路径规划 最优路径 

摘      要：使用变分法对四轮转向机动车辆(4WSV)进行最优控制研究,并根据预定目标函数提取出相对最优路径.当前,4WS车辆因为其出色的操控性能增长迅速.由于4WS车辆系统是过约束的,因此车辆在两个确定边界之间可能轨迹并不唯一.由此,通过最小化预定成本函数提取最优路径成为一项有益的研究.为了达到此目的,本文首先确定系统模型,随后应用变分法来进行车辆的最优控制.控制输入的最优值不仅满足边界条件,同时实现特定成本函数的最小化.成本函数被设定为最小化误差和能量消耗,并对相应最优路径也进行了计算.为了验证模型的正确性,本文将MATLAB的仿真结果与CarSim进行了比较.通过在MATLAB中进行解析和比较性模拟场景的分析,研究最优控制方法的效率.通过比较相应的成本函数,证明了本文提出的控制方法相较非最优策略的优越性.最后证明本文提出的最优控制方法可以获得两个预定边界之间的最优路径,并通过该使用变分法对四轮转向机动车辆(4WSV)进行最优控制研究,并根据预定目标函数提取出相对最优路径.当前,4WS车辆因为其出色的操控性能增长迅速.由于4WS车辆系统是过约束的,因此车辆在两个确定边界之间可能轨迹并不唯一.由此,通过最小化预定成本函数提取最优路径成为一项有益的研究.为了达到此目的,本文首先确定系统模型,随后应用变分法来进行车辆的最优控制.控制输入的最优值不仅满足边界条件,同时实现特定成本函数的最小化.成本函数被设定为最小化误差和能量消耗,并对相应最优路径也进行了计算.为了验证模型的正确性,本文将MATLAB的仿真结果与CarSim进行了比较.通过在MATLAB中进行解析和比较性模拟场景的分析,研究最优控制方法的效率.通过比较相应的成本函数,证明了本文提出的控制方法相较非最优策略的优越性.最后证明本文提出的最优控制方法可以获得两个预定边界之间的最优路径,并通过该路径可以实现最大准确性和最小能量消耗.