[發明專利]無人車放寬靜穩定動力學控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010059842.X
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111169293B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 倪俊;姜旭;李遠哲;袁昊;吳家楓
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B60L15/20
• 分類號: B60L15/20;B62D7/15
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣

1.無人車放寬靜穩定動力學控制方法，其特征在于，通過預設的目標極點位置以及當前的車輛狀態參數，計算實現預設目標極點位置所需的目標主動橫擺力矩；

然后將所計算的目標主動橫擺力矩分配到所述無人車的各獨立驅動車輪上，使所述無人車獲得與預設目標極點位置對應的車輛動力學性能；

采用下述方法進行目標主動橫擺力矩的計算：

令無人車的主動橫擺力矩的控制律為：

u(t)＝Kx(t) (1)

式中：x(t)為無人車的橫向動力學狀態參數；u(t)為橫擺力矩輸入；K為控制律中的反饋矩陣；

建立所述無人車包含參數不確定性的二自由度動力學模型：

式中：w(t)為前后輪轉向輪轉角輸入；A₀、B₂₀、B₁₀是無人車的狀態參數矩陣，由無人車的動力學狀態參數決定；ΔA、ΔB₂、ΔB₁是無人車橫向動力學系統的不確定矩陣，用來表征參數不確定性；

采用圓域線性矩陣不等式區域描述所述無人車橫向動力學系統的目標極點區域；

然后基于魯棒控制方法，依據所述包含不確定性的二自由度動力學模型、預設的目標極點位置計算所述反饋矩陣K，使預設的目標極點位置在所描述的目標極點區域內；

在獲得反饋矩陣K后，無人車的目標主動橫擺力矩即為u(t)＝Kx(t)。

2.如權利要求1所述的無人車放寬靜穩定動力學控制方法，其特征在于，當無人車為全輪獨立驅動無人車，即無人的四個車輪均為獨立驅動車輪時：

按照車輪垂直載荷比例進行獨立驅動車輪驅動力的分配，令無人車左側車輪和右側車輪的驅動力分配比例函數為：

式中：F_x11為左前車輪驅動力；F_x12為右前車輪縱向驅動力；F_x21為左后車輪驅動力；F_x22為右后車輪驅動力；F_z11為左前車輪垂向力；F_z12為右前車輪垂向力；F_z21為左后車輪垂向力；F_z22為右后車輪垂向力；k為離散時間；κ_l為左側車輪的驅動力分配比例函數；κ_r為右側車輪的驅動力分配比例函數；

無人車的目標總驅動力F_xT、目標主動橫擺力矩M_des和各車輪驅動力關系為：

式中：B為車輛輪距；l_f為車輛質心到前軸距離；l_r為車輛質心到后軸距離；δ為車輪轉角；

則各獨立驅動車輪的驅動力分配結果為：

3.無人車放寬靜穩定動力學控制系統，采用上述權利要求1-2任一項所述的動力學控制方法，其特征在于，該動力學控制系統包括：控制指令層、底盤上層控制層、底盤下層控制層、執行機構控制層和狀態參數反饋層；

所述控制指令層用于將底盤控制指令發送給底盤上層控制層，所述底盤控制指令包括：目標轉向模式、目標車輪轉角、目標總驅動力、目標總制動力；

所述底盤上層控制層包括目標指令解算模塊和橫擺力矩計算模塊；所述底盤上層控制層接收到所述底盤控制指令后，所述目標指令解算模塊進行底盤控制指令的解算，所述橫擺力矩計算模塊計算目標主動橫擺力矩，然后將解算的目標指令和計算的目標橫擺力矩發送給底盤下層控制層；其中所述橫擺力矩計算模塊在進行目標主動橫擺力矩計算時，基于車輛動力學模型，通過預先設定的閉環目標極點位置以及車輛狀態參數反饋層反饋的當前的車輛狀態參數，計算實現預設閉環目標極點位置所需的目標主動橫擺力矩；

所述底盤下層控制層依據控制指令中的目標總驅動力和底盤上層控制層所計算的目標主動橫擺力矩計算每個獨立驅動車輪的縱向驅動力，然后依據計算得到的每個獨立驅動車輪的縱向驅動力后將對應的控制信息發送給執行機構控制層；所述底盤下層控制層還依據所解算的目標指令，將對應的控制信息發送給執行機構控制層；同時所述底盤下層控制層還通過對各獨立驅動車輪的驅動電機的控制實現各獨立驅動車輪滑移率的控制；

所述執行機構控制層依據接收到的底盤下層控制層的控制信息實現對線控轉向系統、線控驅動系統及線控制動系統中執行機構的控制；

所述車輛狀態參數反饋層用于對車輛的動力學狀態參數進行實時監測，并反饋給底盤上層控制層；所述車輛的動力學狀態參數包括：車輛速度、橫擺角速度、質心側偏角、電機轉矩和電機轉速。