[发明专利]一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统

权利要求书

1.一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，其特征在于，该控制系统包括：传感器模块、速度文件求解模块及计算控制模块；

所述速度文件求解模块中预存关于期望纵向加速度与期望侧向加速度的相位图即G-G图以及期望轨迹与G-G图的映射关系，所述映射关系的构建方式为：根据G-G图上的极限点找出期望轨迹上符合极限点状态的点称为基准点，基准点将期望轨迹划分为多个状态段，极限点与基准点的对应关系即为所述映射关系；

速度文件求解模块接收传感器模块采集的位置参量x和y，映射到期望轨迹上得到理想位置(x₀,y₀)，找出该理想位置所属状态段的基准点P，根据映射关系，采用基准点P对应的极限点的加速度求解该基准点P的期望车速，利用基准点P的期望车速求解得到所述理想位置(x₀,y₀)的期望纵向车速u(s)，将传感器模块采集的运动参数联合所述期望纵向车速u(s)输入计算控制模块中处理得到整车所需要的制动舵机转角δ_b、驱动电机所需的驱动力矩T和转向舵机转角δ₀，从而控制无人车辆的运动。

2.如权利要求1所述的无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述G-G图采用包络线法获得，在车辆的转向能力、驱动能力、制动能力范围内的所有工况条件下，选定纵向加速度和侧向加速度为描述对象，在不同的初始车速、前轮转角和驱动/制动力矩输入下，将车辆纵向加速度与侧向加速度的相轨迹均绘制于同一图像内，得到G-G图。

3.如权利要求1所述的无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述速度文件求解模块包括位置映射子模块、位移计算子模块及期望纵向车速计算子模块；

所述位置映射子模块用于将车辆质心的实际位置(x，y)向期望轨迹投影，垂点为理想位置(x₀,y₀)，并找出该理想位置所属状态段的基准点P；

所述期望纵向车速计算子模块利用基准点P对应的极限点的加速度求解该基准点P的期望车速，再根据速度差分公式迭代得到该理想位置(x₀,y₀)的期望纵向车速u(s)。

4.如权利要求3所述的无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，其特征在于，对于采用螺旋线表示的期望轨迹部分，期望纵向车速计算子模块采用速度差分公式迭代求出理想位置的期望纵向车速u(s)；其中，a_x0为G-G图上极限点的纵向加速度值，a_y0为G-G图上的侧向加速度值，△s为步长，n为迭代步数，c为螺旋线参数，s为所属状态段中理想位置到该螺旋线曲率为零的点的长度，u(s_n+1)为第n次迭代后的纵向车速。

5.如权利要求1所述的无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述计算控制模块包括纵向控制策略模块和侧向控制策略模块；

所述纵向控制策略模块根据输入的期望纵向车速u(s)和传感器模块采集的纵向车速u求解出整车所需要的制动舵机转角δ_b和驱动电机所需的驱动力矩T；

所述侧向控制策略模块根据传感器模块采集的纵向车速u、侧向车速v、横摆角速度ω及整车角度ψ联合所述期望纵向车速u(s)求解出转向舵机转角δ₀。