[发明专利]全轮独立转向及独立驱动无人车直接力动力学控制方法及系统

说明书

本发明提供一种全轮独立转向及独立驱动无人车直接力动力学控制方法及系统，通过对车辆各独立驱动车轮的纵向驱动力的直接控制，实现车辆各平面运动自由度的解耦，使车辆质心处的平面运动矢量可以直接受控，进而使车辆完成传统车辆无法完成的高机动性动作，包括平面蟹形运动与原地转向运动等，大幅提高无人车的轨迹跟踪能力与机动能力。本发明适用于采用全轮独立转向及独立驱动技术的无人车，采用该直接力动力学控制系统能够实现各车轮转向角及驱动力的综合协调控制，使车辆更好的完成平面蟹形运动、原地转向运动等复杂动作，提高无人车在狭窄空间等极端环境下的轨迹跟踪能力与机动能力，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动力学控制系统，属于无人车与自动驾驶车辆技术领域。

背景技术

自动驾驶车辆是未来汽车产业的重要发展方向，也是人工智能技术落地的重要领域之一。无人车是指具有自主行为能力并完全省略人类驾驶机构的车辆，具有智能化、线控化、机器人化、多功能化的特点。无人车的使用目的为替代人类执行作业任务，包括但不限于打击、作战、巡逻、侦察、物流、运输、摆渡、配送、清扫等民用或军用任务，在民用或军用领域具有非常广阔的应用前景，是未来智能交通与智慧城市建设的重要组成部分，更是我国新一代陆军装备发展的重要依托。因此，无人车理论与技术的研究对我国国民经济发展与国防安全建设具有重要战略意义。

由于特殊的使用功能，无人车完全省略人类操作机构，其底盘必须采用全线控架构，即转向系统、驱动系统及制动系统完全由电子控制系统控制，实现完全的线控转向、线控驱动及线控制动。在另一方面，为了提高无人车的操纵性、稳定性、机动性及可控性，无人车多采用各车轮独立驱动及独立转向技术，使得各车轮的转向角及驱动力都独立可控，大幅增加无人车的执行机构可控自由度，从而满足民用复杂场景或军用场景下的无人车使用需求。

无人车的动力学控制系统直接影响无人车的操纵性、稳定性、机动性及可控性，如何针对采用全轮独立转向及独立驱动技术的无人车设计高性能的动力学控制系统，以提高无人车的综合性能，是当下无人车领域研究的重点与难点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种全轮独立转向及独立驱动无人车直接力动力学控制方法，通过对车辆各独立驱动车轮的纵向驱动力的直接控制，实现车辆各平面运动自由度的解耦，使车辆质心处的平面运动矢量可以直接受控，进而使车辆完成传统车辆无法完成的高机动性动作，包括平面蟹形运动与原地转向运动等，大幅提高无人车的轨迹跟踪能力与机动能力。

所述无人车的四个车轮均为独立驱动车轮；所述的全轮独立转向及独立驱动无人车直接力动力学控制方法具体为：

当所述无人车处于前后桥同相位转向换道模式时：

基于车辆动力学模型，计算在当前模式下的目标主动横摆力矩，使所述无人车的理想质心侧偏角β_d及理想横摆角速度r_d满足下述公式：

其中：δ为车辆前后车轮转角；t指时间；

然后将计算的目标主动横摆力矩以车轮驱动力的形式分配至所述无人车的各独立驱动车轮；

当所述无人车处于原地转向模式时：

首先将无人车的各独立转向车轮控制在设定位置，该设定位置使在原地转向过程中所述无人车的转向中心位于车辆形心或质心位置；

然后将设定的主动横摆力矩以车轮驱动力的形式分配至所述无人车的各独立驱动车轮，各车轮独立驱动力按照车轮垂直载荷的比例进行分配，主动横摆力矩与各车轮驱动力的关系为：