[发明专利]无人车动力学系统极点配置控制方法和装置

说明书

本发明公开了一种无人车动力学系统极点配置控制方法，通过对无人车目标行驶性能的分析，先确定车辆稳定状态下的动力学系统期望闭环极点，再基于极点位置计算横摆力矩，通过独立驱动电机所产生的主动横摆力矩纠正车辆姿态，实现无人车在“随控布局”设计下的闭环稳定。本发明还提供了一种无人车动力学系统极点配置控制装置。使用本发明，能够在无人车处于静不稳定的结构参数下实现行驶的闭环稳定，从而提高无人车总体布局的灵活性，满足民用复杂场景或军用场景下无人车的使用需要。

技术领域

本发明涉及一种动力学控制系统，具体涉及一种无人车随控布局下的动力学控制方法和装置，属于无人车与自动驾驶车辆技术领域。

背景技术

针对无人车而言，全线控技术与独立驱动/转向/制动等技术的采用，将会带来全新的总体布局形式与总体设计理论。全新的总体布局形式必然会带来全新的车辆动力学行为特性，从而影响到车辆动力学与控制系统的基础。采用独立驱动/转向/制动等技术后，系统控制目标将更加复杂，系统控制输入环节将大幅增加，为控制系统的研制带来了巨大的挑战。因此，传统的车辆动力学控制理论与技术必然不能完全适用，必然需要开展全新的动力学控制理论与技术的研究。

在传统车辆的总体设计过程中，“不足转向”是车辆总体设计所必须遵循的理论约束，它要求车辆的总体布局必须满足“静态储备系数大于零”的约束，从而使得车辆横向动力学系统是一个“静稳定”系统。对于完全抛弃人类操纵机构的无人车而言，其使用场景、总体布置等需求与传统汽车不同，如果其继续遵循“不足转向”理论约束，将严重限制其总体布局的灵活性。

“随控布局”是一种综合考虑无人车平台的控制系统、机械系统所形成的闭环动力学系统进行总体设计布局的无人车设计方法，它突破了传统汽车总体设计布局理论中机械系统“静稳定”的理论约束，从而提高了无人车的总体布局灵活性与机动性裕度，满足了未来新型无人车的总体设计需要。“随控布局”设计方法适用于全线控无人平台，它将无人车的控制系统、机械系统作为一个有机整体进行考察。“随控布局”设计方法将无人车的机械结构进行配置使其横向动力学具有静不稳定特性，以得到更好的机动性和布局灵活性。如果采用传统的动力学控制方法，在无人车行驶过程中无法实现闭环稳定，这给实现系统的闭环稳定带来了挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人平台“随控布局”设计方法下的无人车极点配置动力学控制方法和装置，旨在利用合理的动力学系统极点配置计算期望横摆力矩，实现无人车在“随控布局”设计下的闭环稳定，可用于全轮独立转向及独立驱动无人车的稳定性控制。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种无人车动力学系统极点配置控制方法，适用于采用随控布局的无人车，包括：

步骤一、确定车辆稳定状态下动力学系统的期望闭环极点；

步骤二、将所述期望闭环极点代入如下闭环系统极点位置表达式，获得状态反馈向量F＝[f₁,f₂]的两个分量f₁和f₂：

其中，I_z为车辆横摆惯量，C_f和C_r分别为前轮和后轮的侧偏刚度，m为车辆质量，l_f和l_r分别为车辆质心距前轴和后轴距离，u为车辆纵向行驶速度；

步骤三、主动横摆力矩M为状态向量x的反馈，将步骤二获得的f₁和f₂代入主动横摆力矩表达式M＝-Fx，获得主动横摆力矩，用于对车辆进行控制，实现闭环稳定；其中，β为车辆质心侧偏角，r为车辆横摆角速度。

优选地，当采用稳定模式控制时，确定车辆稳定状态下的期望闭环极点为：其中，参数d的作用是调整期望极点位置在合理的范围内；