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Abstrait

Distribution de contrôle coordonnée hiérarchique et vérification expérimentale pour les véhicules terrestres sans pilote à six roues

Rajan Prasad1, Yue Ma, Yu Wang, Huimin Zhang

Au cours des dernières années, la transmission intégrale indépendante a été la forme de configuration de transmission la plus prometteuse pour les véhicules terrestres sans pilote. Compte tenu des difficultés liées à l'attribution du contrôle pour ce type de véhicule, cet article présente une stratégie de coordination du contrôle hiérarchique à trois niveaux pour distribuer le contrôle en temps réel de manière efficace et précise. Dans la couche supérieure, une méthode d'analyse d'instructions hybride est proposée, qui convertit les commandes du panneau de commande en demande de force motrice et en taux de lacet de direction cible, respectivement, pour donner la priorité à la commande de direction afin de maintenir la trajectoire en fonction des propriétés du moteur. Par la suite, un contrôleur en mode glissant est utilisé pour convertir la vitesse de lacet cible en moment de lacet requis. La couche d'estimation d'état reçoit des données des capteurs et estime différentes propriétés/paramètres requis dans d'autres couches. La couche de contrôle de niveau inférieur reçoit des commandes de la couche supérieure et attribue un contrôle respectif aux roues. Le problème d'allocation de contrôle a été formulé comme un problème d'optimisation et a ensuite été converti en un problème de programmation quadratique, dans lequel une nouvelle méthode de barrière modifiée avec la combinaison d'une dimension d'équation réduite a été adoptée pour minimiser l'effort de calcul et la complexité de mise en œuvre sur la plateforme embarquée. Une simulation par ordinateur et des expériences sur le terrain ont été menées, qui vérifient les performances de la stratégie proposée. Le véhicule terrestre sans pilote (UGV), une plateforme de véhicule sans conducteur, est privilégié dans de nombreuses situations pratiques dangereuses, difficiles ou peu pratiques pour la présence de conducteurs humains à bord. Les composants généraux d'un UGV sont une variété de capteurs pour obtenir des informations sur l'environnement, une unité de contrôle pour le traiter et prendre une décision, et un système de communication sans fil pour la surveillance. L'UGV peut être utilisé dans une variété d'applications civiles ou militaires telles que la manipulation d'explosifs, la détection de mines et de bombes, la surveillance et la reconnaissance, les véhicules de combat, les véhicules agricoles, les véhicules miniers, l'automatisation de la fabrication et de la production, etc. L'UGV est également utilisé dans les recherches et les opérations dans
les zones sinistrées afin de minimiser les pertes humaines.
Au cours des dernières années, l'effet du réchauffement climatique, l'augmentation du niveau de pollution et la pénurie d'énergie non renouvelable ont poussé l'industrie automobile à se tourner vers la recherche et le développement du véhicule électrique (VE) en tant que quel véhicule d'avenir. De plus, les réglementations sur l'énergie propre et zéro émission ont catalysé le détournement vers ce secteur. Les progrès continus de la recherche dans le domaine de la technologie des batteries, des entraînements de moteur, des contrôleurs et d’autres accessoires de soutien ont mené à une augmentation du nombre de véhicules électriques produits quotidiennement, contrairement aux taux de production antérieurs. Les véhicules électriques constituent un sujet de recherche central en raison de leurs nombreux avantages par rapport aux véhicules à carburant conventionnel en termes de pollution, de vibrations, de durabilité, etc. Avec la demande d'optimiser la taille globale du véhicule et les pertes de puissance, l'architecture de transmission intégrale indépendante (AWID), un pur véhicule électrique avec une nouvelle configuration de conduite du véhicule, est apparue, éliminant l'utilisation de systèmes de transmission conventionnelle et de transmissions différentielles, assistée par le développement de systèmes sophistiqués. souhaité de manière nette et précise avec une facilité de mesure. En fait, le premier véhicule sur la Lune, le Lunar Rover5, était équipé de moteurs dans les roues avec la nouvelle configuration AWID. Avec les progrès des technologies d'entraînement et de moteur, les UGV sont conçus avec des moteurs électriques pour un fonctionnement silencieux, moins de signatures thermiques, etc. L'entraînement par moteur intégré présente de nombreux avantages par rapport à l'entraînement par essieu conventionnel. Il peut rendre la structure du véhicule compacte en minimisant l'espace de suspension et offrir une capacité de conduite hors route grâce au mécanisme de direction différentielle (direction par dérapage). Avec l'in-WID, le véhicule peut être utilisé dans une variété d'applications avec des manœuvres intenses car il peut combiner les fonctions de l'ABS (système de freinage antiblocage) et du TCS (système de contrôle de traction). Ces caractéristiques de traction intégrale le rendent très approprié pour une utilisation dans le domaine de la défense.