[發明專利]無人車動力學系統極點配置控制方法和裝置

在審

• 申請號: 202010930709.7
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112068432A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 倪俊;姜旭;吳家楓;袁昊;趙越
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發明公開了一種無人車動力學系統極點配置控制方法，通過對無人車目標行駛性能的分析，先確定車輛穩定狀態下的動力學系統期望閉環極點，再基于極點位置計算橫擺力矩，通過獨立驅動電機所產生的主動橫擺力矩糾正車輛姿態，實現無人車在“隨控布局”設計下的閉環穩定。本發明還提供了一種無人車動力學系統極點配置控制裝置。使用本發明，能夠在無人車處于靜不穩定的結構參數下實現行駛的閉環穩定，從而提高無人車總體布局的靈活性，滿足民用復雜場景或軍用場景下無人車的使用需要。

技術領域

本發明涉及一種動力學控制系統，具體涉及一種無人車隨控布局下的動力學控制方法和裝置，屬于無人車與自動駕駛車輛技術領域。

背景技術

針對無人車而言，全線控技術與獨立驅動/轉向/制動等技術的采用，將會帶來全新的總體布局形式與總體設計理論。全新的總體布局形式必然會帶來全新的車輛動力學行為特性，從而影響到車輛動力學與控制系統的基礎。采用獨立驅動/轉向/制動等技術后，系統控制目標將更加復雜，系統控制輸入環節將大幅增加，為控制系統的研制帶來了巨大的挑戰。因此，傳統的車輛動力學控制理論與技術必然不能完全適用，必然需要開展全新的動力學控制理論與技術的研究。

在傳統車輛的總體設計過程中，“不足轉向”是車輛總體設計所必須遵循的理論約束，它要求車輛的總體布局必須滿足“靜態儲備系數大于零”的約束，從而使得車輛橫向動力學系統是一個“靜穩定”系統。對于完全拋棄人類操縱機構的無人車而言，其使用場景、總體布置等需求與傳統汽車不同，如果其繼續遵循“不足轉向”理論約束，將嚴重限制其總體布局的靈活性。

“隨控布局”是一種綜合考慮無人車平臺的控制系統、機械系統所形成的閉環動力學系統進行總體設計布局的無人車設計方法，它突破了傳統汽車總體設計布局理論中機械系統“靜穩定”的理論約束，從而提高了無人車的總體布局靈活性與機動性裕度，滿足了未來新型無人車的總體設計需要?！半S控布局”設計方法適用于全線控無人平臺，它將無人車的控制系統、機械系統作為一個有機整體進行考察。“隨控布局”設計方法將無人車的機械結構進行配置使其橫向動力學具有靜不穩定特性，以得到更好的機動性和布局靈活性。如果采用傳統的動力學控制方法，在無人車行駛過程中無法實現閉環穩定，這給實現系統的閉環穩定帶來了挑戰。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種無人平臺“隨控布局”設計方法下的無人車極點配置動力學控制方法和裝置，旨在利用合理的動力學系統極點配置計算期望橫擺力矩，實現無人車在“隨控布局”設計下的閉環穩定，可用于全輪獨立轉向及獨立驅動無人車的穩定性控制。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種無人車動力學系統極點配置控制方法，適用于采用隨控布局的無人車，包括：

步驟一、確定車輛穩定狀態下動力學系統的期望閉環極點；

步驟二、將所述期望閉環極點代入如下閉環系統極點位置表達式，獲得狀態反饋向量F＝[f₁,f₂]的兩個分量f₁和f₂：

其中，I_z為車輛橫擺慣量，C_f和C_r分別為前輪和后輪的側偏剛度，m為車輛質量，l_f和l_r分別為車輛質心距前軸和后軸距離，u為車輛縱向行駛速度；

步驟三、主動橫擺力矩M為狀態向量x的反饋，將步驟二獲得的f₁和f₂代入主動橫擺力矩表達式M＝-Fx，獲得主動橫擺力矩，用于對車輛進行控制，實現閉環穩定；其中，β為車輛質心側偏角，r為車輛橫擺角速度。

優選地，當采用穩定模式控制時，確定車輛穩定狀態下的期望閉環極點為：其中，參數d的作用是調整期望極點位置在合理的范圍內；