自動車工学の進歩
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概要

6輪無人地上車両の階層的協調制御配分と実験検証

Rajan Prasad1, Yue Ma, Yu Wang, Huimin Zhang

近年、全輪独立駆動は、無人地上車両における駆動構成の最も有望な形態となっている。この種の車両の制御割り当ての難しさを考慮して、本稿では、リアルタイムで制御を効果的かつ正確に分散するための3層の階層的制御調整戦略を提示する。上位層では、制御パネルのコマンドをそれぞれ駆動力要件と目標ステアリングヨーレートに変換するハイブリッド命令解析方法が提案されており、モーターの特性に基づいて軌道を維持するためにステアリングコマンドを優先します。次に、スライディングモードコントローラを使用して、目標ヨーレートを必要なヨーモーメントに変換します。状態推定層は、センサーからデータを受信し、他の層で必要なさまざまな特性/パラメータを推定します。下位レベルの制御層は、上位層からコマンドを受信し、それぞれの制御を車輪に割り当てます。制御割り当て問題は最適化問題として定式化され、その後、二次計画問題に変換されました。この問題では、方程式の次元を削減した新しい修正バリア法が採用され、組み込みプラットフォームへの実装の計算量と複雑さが最小限に抑えられています。コンピューター シミュレーションとフィールド実験が行われ、提案された戦略のパフォーマンスが検証されています。無人地上車両 (UGV) は、無人車両プラットフォームであり、人間の運転手が乗車すると危険、困難、または不便な多くの実際的な状況で好まれています。UGV の一般的なコンポーネントは、周囲の環境の情報を得るためのさまざまなセンサー、それを処理して決定を下すための制御ユニット、および監視用の無線通信システムです。UGV は、爆発物の取り扱い、地雷や爆弾の検出、監視および偵察目的、戦闘車両、農業用車両、採掘用車両、製造および生産の自動化など、民間または軍事用のさまざまなアプリケーションで使用できます。UGV は、
人的被害を最小限に抑えるために、災害地域での捜索や活動にも使用されています。
近年、地球温暖化、汚染レベルの上昇、非再生エネルギーの不足の影響により、自動車業界は将来の乗り物として電気自動車 (EV) の研究開発へとシフトしています。さらに、クリーンエネルギーとゼロエミッション規制がこの分野への転換を促進しています。バッテリー技術、モータードライブ、コントローラー、その他のサポートアクセサリの分野での継続的な研究の進歩により、以前の生産率と比較して、EV の生産数が日々増加しています。EV は、汚染、振動、持続可能性などの点で従来の燃料車に比べて多くの利点があるため、中心的な研究テーマとなっています。車両全体のサイズと電力損失を最適化する要求により、従来のトランスミッション システムや差動ドライブトレインの使用を排除し、洗練されたドライブライン戦略の開発に支えられた、斬新な車両駆動構成を備えた純粋な EV である全輪独立駆動 (AWID) アーキテクチャが登場し、将来の駆動構成として普及すると予想されています。1–4 全輪駆動構成が可能なのは、モーターが測定の容易さとともに、必要なトルクを鋭く正確に生成できるためです。実際、月面を初めて走行した車両である月面ローバー5 には、斬新な AWID 構成のインホイール モーターが搭載されていました。駆動技術とモーター技術の進歩により、UGV は静かな動作、発熱量の低減などのために電気モーターを使用して設計されています。インホイール モーター駆動には、従来の車軸駆動に比べて多くの利点があります。サスペンション スペースを最小限に抑えて車両構造をコンパクトにし、差動ステアリング (スキッド ステアリング) 機構により全地形対応型駆動機能を実現できます。 in-WID により、ABS (アンチロック ブレーキ システム) と TCS (トラクション コントロール システム) の機能を組み合わせることができるため、激しい操縦を伴うさまざまな用途で車両を使用できます。インホイール ドライブのこのような機能により、防衛分野での使用に非常に適しています。