[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于车辆动力学技术领域；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。

背景技术

全轮独立驱动-独立转向(AWID-AWIS)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2m个控制力，这样驱动冗余度r＝2m-3，m≥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；(2)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；(3)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v_x，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_C(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Δy(车辆质心与P_C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P_C处车道中心线切线之间的横摆角偏差Δψ；

2)以{v_xd，Δy_d，Δψ_d}(其中Δy_d＝0，Δψ_d＝0)为整车动力学控制目标期望值(v_xd、Δy_d、Δψ_d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v_x、Δy、Δψ之间的系统跟踪期望偏差e_vxd＝v_xd-v_x、e_Δy＝Δy_d-Δy、e_Δψ＝Δψ_d-Δψ，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、H_∞鲁棒控制、最优控制等方法计算获得整车动力学控制量U＝[ F_x F_y M_z]^T，即总纵向力控制量F_x、总侧向力控制量F_y、总横摆力矩控制量M_z，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2)获得的整车动力学控制量U^C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：