[发明专利]一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统

说明书

本发明提供了一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，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；速度文件求解模块接收传感器模块采集的位置参量，映射到期望轨迹上得到理想位置，求解得到所述理想位置的期望纵向车速，将传感器模块采集的运动参数联合期望纵向车速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、驱动电机所需的驱动力矩和转向舵机转角，从而控制无人车辆的运动。本发明针对于已知路径的轨迹跟踪问题，可以实现无人车辆的极限驾驶行为，使其以最快的速度完成轨迹跟踪过程，对无人车的高速化具有很大的奠基作用。

技术领域

本发明涉及无人车辆技术领域，具体涉及一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统。

背景技术

无人车的高机动性、人员保护性、良好侦察性使其具有明显的战场优势，同时，无人车的研制所衍生的车距保持技术、安全驾驶技术等为汽车行业智能化的发展提供了良好的平台。在此背景下，近年来，无人车的发展引起了世界范围内的关注。

但目前无人车领域内的相关学者，多数将目光放在环境感知、自主决策等构成的无人车辆闭环系统中，考虑的条件过多从而限制了无人车辆的动力学性能，不能达到无人车的高速化。而在信息化的今天，无人车的高速化是迟早需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，针对于已知路径的轨迹跟踪问题，可以实现无人车辆的极限驾驶行为，使其以最快的速度完成轨迹跟踪过程，对无人车的高速化具有很大的奠基作用。

一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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)。