无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法技术

本发明专利技术涉及一种无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法，该方法在获取车辆-道路跟踪系统信息的基础上，计算整车动力学控制量可达域，据此对系统跟踪期望偏差进行调整，对最终获得的整车动力学控制量的可行性加以判断、处理，同时还实时估计并利用了系统扰动信息，从而提高计算获得的车辆整车动力学控制量的有效性、合理性和鲁棒性能，使无人驾驶AWID-AWIS车辆能够在低附着系数路面、分离路面上以更好的精度、更高的速度跟踪曲率更大的道路路径，车辆动力学控制效果理想，行驶安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车辆动力学
；特别涉及一种无人驾驶全轮独立驱动-独立转向(All Wheel Independent Drive & Steering，简称 AWID-AWIS)车辆整车动力学控制量的获得方法。
技术介绍
全轮独立驱动-独立转向(AWID-AWIQ车辆是近年来国际汽车界发展的一种新型车辆，它取消了传统车辆中连接左右车轮的车轴，突破了传统驱动-转向机构的束缚，代之以新颖的车轮独立驱动-制动-转向机构，使车辆获得了驱动冗余(车辆在平面上运动仅有纵向、侧向和横摆三个自由度，但每个车轮可产生纵向和侧向两个控制力；假设车辆共有m个独立车轮，产生an个控制力，这样驱动冗余度r = 2m-3,m彡3)，这在根本上保证了 AWID-AWIS车辆具有传统车辆不具备的一些运动模式和难以比拟的优点，如(1)可灵活实现小转弯半径转向、侧行和蟹行转向(所有车轮均参与转向且转向角相等)，显著提高车辆机动性；( 每个车轮均可根据路面条件的变化而独立确定最佳纵向滑移率和最佳侧偏角工作点，从而提供最佳的纵向和侧向控制力；C3)可灵活地实现各车轮间转向与驱动和制动之间的协调，显著改善车辆动力、操纵和安全性能；(4)优异的机动和动力性能可实现最佳的能源利用效率，使车辆更节能、环保。AWID-AWIS车辆既可有人驾驶，也可无人驾驶。整车动力学控制是AWID-AWIS车辆动力学控制系统的主要组成部分之一，用以产生符合AWID-AWIS车辆动力学控制要求的控制量，即总纵向力、侧向力和横摆力矩控制量。中国专利申请《独立驱动-独立转向车辆整车动力学控制量的获得方法》(申请号 201010559872. 3)描述了一种用于有人驾驶独立驱动-独立转向车辆整车动力学控制量的获得方法，用于对驾驶员方向盘转角、加速踏板开度角、制动踏板开度角指令的动力学跟踪控制；而在无人驾驶AWID-AWIS车辆上，整车动力学总控制量被用于对道路的跟踪，该专利提供的方法无法满足此要求。由无人驾驶AWID-AWIS车辆、道路和相关的传感、控制子系统组成的系统称为车辆-道路跟踪系统。对于该系统，目前一般采用两个步骤获得整车动力学控制量，即1)利用轮速或GPS (全球定位系统)传感器获取车辆质心处的实际车速Vx，利用 GIS (地理信息系统)+DGPS (差分全球定位系统)”，或车载式车道线视觉检测系统，或道路磁钉检测系统，获取车道当前跟踪点P。(过车辆质心并沿垂直于车辆纵轴方向的平面与车道中心线的交点)处的横向距离偏差Ay(车辆质心与Pe点线段在道路平面上的投影线长度)，以及车辆纵轴在道路平面上的垂直投影线同车道当前跟踪点Pc处车道中心线切线之间的横摆角偏差Δ ψ ；2)以{vxd，Ayd, Δ ￥d}(其中Ayd = 0，Δ Vd = 0)为整车动力学控制目标期望值(vxd、Ayd, Δ Vd分别称为期望车速、期望距离偏差、期望横摆角偏差)，计算其与步骤 1)获取的vx、Ay、Δ ψ之间的系统跟踪期望偏差evxd = vxd-vx, e.y = Ayd-Ay, θΔψ = Δ ψ,-Δ Ψ，作为整车动力学控制器的输入，利用车辆整车动力学模型和PID、滑模控制、模糊控制、H00鲁棒控制、最优控制等方法计算获得整车动力学控制量U= [ Fx Fy MJT，即总纵向力控制量Fx、总侧向力控制量Fy、总横摆力矩控制量Mz，但U的计算未考虑整车动力学控制量可达域的约束作用。上述步骤幻获得的整车动力学控制量Ue最终被分解到底层各车轮，以车轮纵向控制力和侧向控制力的形式加以执行，实现对AWID-AWIS车辆整车动力学的控制。这种方法存在如下不足(1)未考虑底层各车轮的纵向力和侧向力信息，以及据此计算获得的整车动力学控制量可达域信息，这使得最后获取的整车动力学控制量F； Μζ°]τ可能不尽合理，无法由存在约束的底层车轮纵向和侧向控制力有效执行，从而产生整车动力学控制量与系统控制能力间的冲突。因此有必要计算整车动力学控制量可达域信息。(2)直接以系统跟踪误差evxd、e,y、e, ψ为整车动力学控制器的输入，这样当跟踪误差较大、误差变化率过快时，计算获得的整车动力学控制量Fcy Mze]T也比较大。此时，如果整车动力学控制量可达域较小，即系统控制能力有限，Ue就得不到完全执行， 同样会出现整车动力学控制量与系统控制能力间的冲突问题。因此有必要对系统跟踪误差进行处理，在允许的情况下通过对evxd、ΘΔψ的调整使整车动力学控制器计算得到的Uc 尽可能地小，进而加大系统稳定裕量。(3)没有考虑对系统扰动的实时观测和利用，这会导致为考虑系统控制鲁棒性而生成的整车动力学控制量过于保守，也有可能超越底层车轮控制力的约束而无法得到有效执行，并由此产生附加扰动。特别是，当系统扰动和附加扰动超越底层各车轮的实际控制能力时，系统控制就会失稳。上述不足使得无人驾驶AWID-AWIS车辆在低附着系数路面、分离路面上行驶，特别是高速行驶时的动力学控制效果不理想，有时甚至会使车辆发生失稳、失控等严重问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种无人驾驶独立驱动-独立转向车辆的整车动力学控制量的获得方法，该方法在获取车辆-道路跟踪系统信息的基础上，计算整车动力学控制量可达域，据系统系统跟踪期望偏差进行调整，对最终获得的整车动力学控制量的可行性加以判断、处理，同时还实时估计并利用了系统扰动信息，从而提高计算获得的整车动力学控制量的有效性、合理性和鲁棒性能，使无人驾驶AWID-AWIS车辆能够在低附着系数路面、分离路面上以更好的精度、更高的速度跟踪曲率更大的道路路径， 车辆动力学控制效果理想，行驶安全。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种，包括以下步骤1)估计车辆质量和转动惯量，采集车辆-道路跟踪系统中与车辆质心对应的实际车速、横向距离偏差和横摆角偏差数据，以及用于车辆-道路跟踪的车辆运动学、动力学基本信息，结合信息融合方法获取无人驾驶AWID-AWIS车辆整车动力学控制所需的系统状态信息数据{X}；2)根据步骤1)获取的系统状态信息数据，利用有约束几何映射法计算整车动力学控制量可达域；3)根据步骤1)获取的系统状态信息数据及步骤幻获取的整车动力学控制量可达域信息数据，计算系统跟踪期望偏差；4)利用无人驾驶AWID-AWIS车辆-道路跟踪系统动力学模型和步骤3)生成的系统跟踪期望偏差，结合步骤1)获取的系统状态信息数据，采用带扰动实时估计的鲁棒控制方法生成整车动力学备选控制量，该整车动力学备选控制量由总纵向力备选控制量、总侧向力备选控制量、总横摆力矩备选控制量构成；5)结合步骤2、获得的整车动力学控制量可达域，对步骤4)生成的整车动力学备选控制量的可行性进行判断和调整，获得整车动力学控制量，即总纵向力控制量、总侧向力控制量、总横摆力矩控制量。本专利技术的技术特点及效果本专利技术增加了整车动力学控制量可达域计算功能，计算中增加了控制约束条件， 提出了整车动力学控制量可达域计算的二等分角逼近法和有约束几何映射法，为整车动力学控制量的获得提供了约束信息；增加了对无人驾驶AWID-AWIS车辆-道路跟踪系统跟踪误差进行调整的功能，提供了实现方法，能够弱化或消除整车动力学控制量和系本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法，其特征在于，包括以下步骤：１）估计车辆质量和转动惯量，采集车辆－道路跟踪系统中与车辆质心对应的实际车速、横向距离偏差和横摆角偏差数据，以及用于车辆－道路跟踪的车辆运动学、动力学基本信息，结合信息融合方法获取无人驾驶ＡＷＩＤ－ＡＷＩＳ车辆整车动力学控制所需的系统状态信息数据｛Ｘ｝；２）根据步骤１）获取的系统状态信息数据，利用有约束几何映射法计算整车动力学控制量可达域；３）根据步骤１）获取的系统状态信息数据及步骤２）获取的整车动力学控制量可达域信息数据，计算系统跟踪期望偏差；４）利用无人驾驶ＡＷＩＤ－ＡＷＩＳ车辆－道路跟踪系统动力学模型和步骤３）生成的系统跟踪期望偏差，结合步骤１）获取的系统状态信息数据，采用带扰动实时估计的鲁棒控制方法生成整车动力学备选控制量，该整车动力学备选控制量由总纵向力备选控制量、总侧向力备选控制量、总横摆力矩备选控制量构成；５）结合步骤２）获得的整车动力学控制量可达域，对步骤４）生成的整车动力学备选控制量的可行性进行判断和调整，获得整车动力学控制量，即总纵向力控制量、总侧向力控制量、总横摆力矩控制量。

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法，其特征在于，包括以下步骤1)估计车辆质量和转动惯量，采集车辆-道路跟踪系统中与车辆质心对应的实际车速、横向距离偏差和横摆角偏差数据，以及用于车辆-道路跟踪的车辆运动学、动力学基本信息，结合信息融合方法获取无人驾驶AWID-AWIS车辆整车动力学控制所需的系统状态信息数据{X}；2)根据步骤1)获取的系统状态信息数据，利用有约束几何映射法计算整车动力学控制量可达域；3)根据步骤1)获取的系统状态信息数据及步骤幻获取的整车动力学控制量可达域信息数据，计算系统跟踪期望偏差；4)利用无人驾驶AWID-AWIS车辆-道路跟踪系统动力学模型和步骤3)生成的系统跟踪期望偏差，结合步骤1)获取的系统状态信息数据，采用带扰动实时估计的鲁棒控制方法生成整车动力学备选控制量，该整车动力学备选控制量由总纵向力备选控制量、总侧向力备选控制量、总横摆力矩备选控制量构成；5)结合步骤幻获得的整车动力学控制量可达域，对步骤4)生成的整车动力学备选控制量的可行性进行判断和调整，获得整车动力学控制量，即总纵向力控制量、总侧向力控制量、总横摆力矩控制量。2.根据权利要求1所述的无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法， 其特征在于1. 1)所述步骤1)中估计车辆质量和转动惯量，具体为利用无人驾驶AWID-AWIS车辆标称质量％和标称转动惯量Izn，获取车辆质量估计值mest = mn、转动惯量估计值Izest = Izn ；1. 2)所述步骤1)中采集车辆-道路跟踪系统中与车辆质心对应的实际车速、横向距离偏差和横摆角偏差数据，具体为利用GIS+DGPS，或车载式车道线视觉检测系统，或道路磁钉检测系统，采集车道当前跟踪点Pc处的横向距离偏差，以及车辆纵轴在道路平面上的垂直投影线同车道当前跟踪点Pe处车道中心线切线之间的横摆角偏差Δ ψ ；其中，Pe为过车辆质心并沿垂直于车辆纵轴方向的平面与车道中心线的交点，Ay为车辆质心与Pe点线段在道路平面上的投影线长度；1.3)所述步骤1)中采集用于车辆-道路跟踪的车辆运动学、动力学基本信息，结合信息融合方法获取无人驾驶AWID-AWIS车辆整车动力学控制所需的系统状态信息数据，具体为利用GIS+DGPS，或车载式车道线视觉检测系统，或道路磁钉检测系统，获取车道当前跟踪点P。处的道路中心线曲率P p。，利用轮速传感器、GPS、VG采集车辆运动学、动力学基本信息，结合信息融合方法获取无人驾驶AWID-AWIS车辆整车动力学控制所需的车速Vx和系统附加状态信息数据{ ο，所述系统附加状态信息数据{ ο包括车辆纵向加速度、侧向加速度、俯仰角、侧倾角、质心侧偏角和横摆角速率数据，以及车道当前跟踪点P。处的道路中心线曲率P1^ ；1.4)所述步骤1)中系统状态信息数据{X}由系统基本状态信息数据lmest，Izest,vx, Δ y，Δ ψ}与{X}。的并集构成。3.根据权利要求1所述的无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法， 其特征在于所述步骤幻中根据步骤1)获取的系统状态信息数据，利用有约束几何映射法计算整车动力学控制量可达域，具体包括·2. 1)整车动力学控制量可达域计算模型表达式为4.根据权利要求1所述的无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法， 其特征在于所述步骤；3)中根据步骤1)获取的系统状态信息数据和步骤幻获取的整车动力学控制量...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮久宏，杨福广，李克强，冯晋祥，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：88