CN108657174A - 一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法及系统，包括：车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；车载端将所述输出指令发送至底盘驱动无人车辆的运动控制。本发明的技术方案通过遥控指令解析可实现无人平台高速、精准、安全稳定的运动控制。

Description

一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法及系统

技术领域

本发明属于多轴独立分布式驱动控制技术领域，具体涉及一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法及系统。

背景技术

与传统驱动形式相比，分布式电驱动车辆将驱动电机直接安装在驱动轮内或驱动轮附近为动力学控制引入了新的实现形式，能够简化动力传动系统、提高车辆机动性、增加车辆总体设计自由度等突出特点。

然而多轴独立驱动车辆的操控也存在以下技术难点。采用分布式驱动可以简化动力传递路径，便于实现底盘系统的电子化和主动化。但是，分布式驱动系统取消了差速器总成，若左右两侧车轮驱动力不均衡则极易造成整车的横向失稳。多轴独立驱动车辆属于典型的过驱动系统，需要在线多目标约束下的高效分配控制算法实现运动控制，算法的计算量与实时性以及约束目标的选取均存在难点。

目前已有的分布式驱动车辆多数针对有人驾驶功能用途，而对于无人驾驶的多轴分布式驱动车辆而言通过遥控驾驶操控来进行先期的运动控制测试时十分必要的。

现有专利一种分布式驱动电动汽车的驱动力矩协调控制系统及方案(申请公布号CN102275528A)涉及的驱动轮失效下的转矩分配需要依据各驱动轮失效情况单独设计相应的力矩控制逻辑，所涉及的动力性协调控制仅考虑满足驱动力矩需求，所涉及的稳定性协调控制仅仅是考虑降低驱动力矩来实现的；另外，一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法(申请公布号CN106394310A)涉及的车辆具有三个驱动电机包含两个前轮驱动电机和一个后轴驱动电机，所涉及的三个驱动电机总效率最优的分配方法也并不适合于无人驾驶车辆追求的高稳定性控制目标。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法，包括：

车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

所述车载端将所述输出指令发送至底盘驱动无人车辆的运动控制。

优选的，所述车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令，包括：

车载端接收遥控端发出的遥控指令并根据底盘反馈的数据计算预设条件，同时基于所述预设条件将所述遥控指令解析；

所述车载端根据解析的结果按照附着消耗率最小分配目标函数进行横纵向力矩分配并生成输出指令；

其中，所述遥控指令包括：直驶遥控指令、转向遥控指令、机械制动遥控指令、中心转向遥控指令和急停指令。

优选的，所述基于所述预设条件将所述遥控指令解析，包括：

当所述遥控指令为直驶遥控指令时，基于所述预设条件对所述直驶遥控指令进行滤波计算，将直行遥控指令的±80％行程量映射到总期望驱/制动力矩，剩余行程量映射到短时过载力矩；

当所述遥控指令为转向遥控指令时，基于所述预设条件对所述转向遥控指令进行滤波计算，选择转向机构转向模式和复合转向模式协调进行力矩分配；

当所述遥控指令为机械制动遥控指令时，基于所述预设条件对所述机械制动遥控指令进行滤波计算，映射到底盘的电控信号行程；

当所述遥控指令为中心转向遥控指令时，基于所述预设条件对所述中心转向遥控指令进行滤波计算，映射到底盘的峰值转矩范围；

当所述遥控指令为急停指令遥控指令时，基于所述预设条件对所述急停指令进行滤波计算，根据预设的使能指标为1时将所有遥控指令回零，机械制动盘指令设为100％满行程量。

优选的，所述选择转向机构转向模式和复合转向模式协调进行力矩分配，包括：

根据预先设置的转向模式优先级，选择转向机构转向模式进行力矩分配；

若所述转向机构转向模式下的力矩分配不满足预设要求时，则在所述转向机构转向模式的基础上，启动复合转向模式进行力矩分配；

其中，所述转向模式优先级包括：转向机构转向模式的优先级大于复合转向模式的优先级。

优选的，所述预设条件包括：最大转向角约束、侧向稳定性约束和防翻滚约束；

所述最大转向角约束按下式计算：

|K_steer|≤f₁(δ_max，δ_r，v_x)

式中，κ_steer表示转向曲率、δ_max表示最大转向角、δ_r表示实际转向角，v_x为纵向车速；

所述侧向稳定性约束按下式计算：

式中，κ_slip表示侧向稳定性约束条件下的行驶曲率，表示估计得到的轮- 地摩擦系数；

所述防翻滚约束按下式计算：

|K_roll|≤f₃(v_x，φ，φ)

式中，κ_roll表示防翻滚约束下的转向曲率，φ表示车辆的滚转角，表示车辆的滚转角速度。

优选的，所述最小分配目标函数如下式计算：

式中，J_μ为附着消耗率C_i为加权系数，μ为轮-地摩擦系数，F_zi为车轮上的垂向载荷，F_yi为轮胎侧向力，F_xi为轮胎纵向力，n为前后轴的总数。

优选的，所述车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令，还包括：

车载端根据底盘反馈的信息判断所述底盘的部分系统否出现失效状态；

当所述底盘未处于失效状态，车载端根据遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

否则，所述车载端调整下发的输出指令；

优选的，遥控端发出的遥控指令通过无线数据电台下发至车载端数据电台。

优选的，所述反馈的数据，包括：姿态角、姿态角速度、横纵向车速、横纵向加速度、各电机驱动器反馈信息、质心侧偏角和垂向载荷；

优选的，所述垂向载荷，按下式确定：

式中，为垂向载荷，a_u为簧下质量的加速度，Δs为悬架弹簧压缩量，m_u为簧下质量，K为弹簧刚度系数。

本发明的另一目的在于提出一种多轴分布式驱动无人车辆控制系统，包括：遥控端、车载端分布式协调控制系统和底盘系统；

所述遥控端，用于将遥控指令下发至车载端分布式协调控制系统；

所述车载端分布式协调控制系统，用于解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

所述底盘系统，用于接收所述输出指令，并根据接收的输出指令进行无人车辆的运动控制。

优选的，所述车载端分布式协调控制系统，包括：遥控意图解析模块和力矩协调分配模块；

所述遥控意图解析模块，用于接收遥控指令并结合所述底盘系统的状态测量与估计模块反馈的数据计算预设条件，同时基于所述预设条件解析遥控指令；

所述力矩协调分配模块，用于根据解析的结果以及所述状态测量与估计模块反馈的数据按照附着消耗率最小分配目标函数进行横纵向力矩分配并生成输出指令。

优选的，所述遥控意图解析模块，包括：状态监测子模块、容许空间子模块和期望意图子模块；

所述状态监测子模块，用于监控所述底盘系统反馈的数据并发送至所述容许区间子模块；

所述容许空间子模块，用于根据反馈的数据和遥控指令计算预设条件，同时对遥控指令进行滤波计算；

其中，所述预设条件，包括最大转向角约束、侧向稳定性约束和防翻滚约束；

所述期望意图子模块，用于基于所述预设条件将所述遥控指令解析并发送至所述力矩协调分配模块；

优选的，所述力矩协调分配模块，包括：纵向驱/制动力矩分配子模块、横向分配子模块和再分配子模块；

所述纵向驱/制动力矩分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

所述横向分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

所述再分配子模块，用于根据底盘系统的状态测量与估计模块反馈的信息以及遥控指令调整输出指令下发至底盘系统。

优选的，所述底盘系统，包括：驱动电机控制器、机械制动盘和转向电机控制器和状态测量与估计模块。

优选的，所述车载端分布式协调控制系统与所述底盘系统间通过CAN总线网络进行数据通信。

优选的，遥控端设置有前进倒退档、机械制动档、转向档位和急停档。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的技术方案通过车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；车载端将所述输出指令发送至底盘驱动无人车辆的运动控制。该方法实现了通过遥控指令解析使无人平台高速、精准、安全稳定的运动控制。

本发明的技术方案通过解析指令数据，从动力学稳定边界的角度综合考虑到了无人驾驶车辆行驶过程中各变量间应满足的动态约束关系，考虑转向角、侧向稳定性与防翻滚条件下建立行驶车速与最大曲率间的动态区间即可容许控制区间，且该区间的建立等效于对操控端的操作指令进行了一次滤波计算，能够提高无人驾驶车辆的安全行驶。

本发明的技术方案设计了纯机构转向和复合转向两种模式，充分利用了机构转向的灵活性与较小的转向阻力矩特性，同时也利用了多轴分布式驱动的特点采用双侧力矩差补偿以实现较大横摆力矩需求下的转向。

本发明的技术方案考虑的附着消耗率最小的分配方法也间接地实现了驱动防滑功能，同时实现分配算法会自动分配较小的驱动力矩。

本发明的技术方案适用于6×6、8×8等分布式驱动后轮转向的多轴车辆，尤其适合于新型无人车辆的遥控驾驶性能测试与验证，所采用的路面附着消耗率最小的分配方法在满足同样的纵向和侧向需求下，使用的路面附着最小，提供最大的附着余量，轮胎距离非线性饱和区较远，间接上可以提高车辆的稳定能力。

附图说明

图1本发明的方法流程图；

图2本发明的一种多轴分布式驱动车辆遥控驾驶指令解析流程；

图3本发明的一种多轴分布式驱动车辆遥控驾驶操控系统架构；

图4本发明的本发明实施案例提供的力矩分配算法流程。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明所涉及的指令解析过程中从动力学稳定边界的角度综合考虑到了无人驾驶车辆行驶过程中各变量间应满足的动态约束关系，考虑转向角、侧向稳定性与防翻滚条件下建立行驶车速与最大曲率间的动态区间即可容许控制区间，该区间的建立等效于对操控端的操作指令进行了一次滤波计算，能够提高无人驾驶车辆的安全行驶；(针对常规转向档设计了纯机构转向和复合转向两种模式，充分利用了机构转向的灵活性与较小的转向阻力矩特性，同时也利用了多轴分布式驱动的特点采用双侧力矩差补偿以实现较大横摆力矩需求下的转向；采用附着消耗率最小的目标进行各驱动轮的转矩分配策略在满足同样的纵向和侧向需求下，使用的路面附着最小，就可以提供最大的附着余量，轮胎距离非线性饱和区较远，因此对提高车辆稳定能力非常有益；附着消耗率最小的目标同时也实现了驱动防滑的控制目标，当某一个车轮出现明显的滑转时其附着能力一定较差，要么悬空离地要么垂向载荷非常小，因此分配算法会自动分配较小的驱动力矩；状态测量与估计模块中涉及到的垂向载荷的估计利用簧下质量的加速度和悬架弹簧压缩量进行相应的估计计算，估计算法设计简单有效同时能适应于越野颠簸路面等复杂行驶工况下的垂向载荷估计。

实施例1

从图1可以看出一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法，包括：

S1、车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

具体的，本发明适用于n轴轮式车辆，无人车辆采用全轮分布式轮毂电机驱动、后轮转向以及电控液压制动的整车结构形式，驱动电机采用转矩控制模式，无人车辆采用遥控驾驶模式；遥控驾驶工作模式下可将整车系统划分为一个专用手持遥控端、车载端分布式协调控制系统以及底盘系统；

专用手持遥控端设置有前进倒退档(±100％)、机械制动档(0-100％)、转向档位(±100％)、急停档(0\1)；

车载端分布式协调控制系统包含遥控意图解析模块和力矩协调分配模块，除了常规模式下的横纵向力矩分配功能外还包含执行元件故障模式下的力矩再分配功能；

底盘系统包含分布式电机及驱动控制器、机械制动盘、转向电机及控制器、状态测量与估计模块；状态测量与估计模块包含了车载惯性导航系统(可测量姿态角、姿态角速度、横纵向车速以及加速度等信息)、质心侧偏角状态估计、垂向载荷估计、电机驱动器状态信息；专用手持遥控端与车载端分布式协调控制系统通过无线数据电台的方式进行数据的上下行通信，车载端分布式协调控制系统与底盘系统各模块间通过CAN总线网络进行数据通信。

进一步的，步骤1、专用手持遥控端通过无线数据电台将遥控输入数据下发到车载端数据电台进行接收；

步骤2、由车载端分布式协调控制系统的意图解析模块对接收到的遥控输入数据进行解析，这里所述意图模块包含状态监控、容许区间和期望意图三个子模块，共同完成遥控意图的解析并将无人车辆约束在期望的安全边界内行驶；

进一步的，容许区间设计首先依据无人平台自身设计的能力约束和遥控安全车速，考虑如下限定参数，即：

车辆行驶过程中的最大限速为60千米/小时，后轮最大转向角限制为±30度，最小连续可控转向半径为5.4米，另外，需要综合考虑最大转向角、侧向稳定性和防翻滚等因素建立车速和最大曲率之间的关系，即为可容许控制区间；

进一步的，最大转向角约束计算过程：

基于稳态转向过程可建立侧向加速度和曲率之间的关系，再联合二自由度侧向动力学方程可建立行驶过程中的曲率与最大转向角、实际转向角以及车速之间的约束关系，即|K_steer|≤f₁(δ_max，δ_r，v_x)，其中k_steer表示转向曲率、δ_max和δ_r表示最大转向角和实际转向角，v_x为纵向车速，f₁函数表示由二自由度侧向动力学模型而建立的各变量间的约束关系；

进一步的，侧向稳定性约束计算过程：

基于简化的侧向附着力计算模型可得到最大侧向加速度约束关系 m|a_y|≤μmg，而侧向加速度和曲率之间存在稳态对应关系式中v_y表示横向速度、γ表示航向角速度、κ表示行驶曲率，由此可建立曲率约束关系，即式中，κ_slip表示侧向稳定性约束条件下的行驶曲率，表示估计得到的轮-地摩擦系数；

进一步的，防翻滚约束条件计算过程：

由翻滚指数(RI)来表达，最大可允许翻滚指数限定了最大侧向加速度而侧向加速度与转向曲率和纵向速度存在稳态对应关系，由此建立曲率约束关系，即κ_roll表示防翻滚约束下的转向曲率，φ表示车辆的滚转角，表示车辆的滚转角速度。

进一步的，期望意图设计过程：

首先考虑直驶工况，将前进倒退档位指令的±80％映射到总期望驱/制动力矩(额定转矩)，剩下±20％行程量映射到短时过载力矩；

考虑转向工况，首先要评估是否采用复合转向模式；转向模式的优先级按如下方式设计，转向机构转向>复合转向，优先使用转向机构实现转向，当转向机构产生的横摆力矩不足以实现有效转向即出现严重的不足转向时，需要启动复合转向模式，即利用左右双侧力矩差产生横摆力矩来转向；

机械制动遥控指令(0-100％)直接线性映射到制动盘接口的电控信号行程；

中心转向遥控指令±100％，此时后轮转向机构回正，依靠左右双侧电机力矩差值产生中心转向，由于中心转向需求转矩非常大，因此将±100％线性映射到驱动电机的峰值转矩范围；急停指令(使能标志位0和1)，当使能标志位为1时所有档位指令回零，机械制动盘指令设为满行程100％；

进一步的，其中复合转向模式的判断与分析，首先建立期望横摆角速度与后轮转向角之间的关系(γ_des＝g(v_x，δ_r))，将遥控驾驶端发送的转向指令(±100％) 直接对应到后轮转向角(±30度)，并记录当前转向曲率与期望曲率进行比较，如果当前转向曲率持续小于期望曲率的80％时启动双侧驱动力矩差值实现转向不足的补偿；

步骤3、由车载端分布式协调控制系统的力矩协调分配模块接收来自期望意图子模块的数据并进行横纵向的力矩分配计算，力矩分配计算具体包含纵向驱/ 制动力矩分配、横向分配(包含后轮转向角和直接横摆力矩)和故障模式下的再分配策略；

其中，力矩协调分配模块的设计分如下三种情况，纵向驱/制动力矩分配(直驶)：采用以所有车轮总的附着消耗率之和最小为目标的优化分配方法进行分配；横向分配(转向)：主要解决转向指令中的复合转向模式的力矩分配问题，建立期望横摆角速度与后轮转向角之间的关系，如果当前转向曲率持续小于期望曲率的80％时启动双侧驱动力矩差值实现转向不足的补偿，同样按照附着消耗率最小的分配方法，在纵向驱动力矩基础上增加横摆力矩约束，得到稳定性控制时电机力矩优化分配问题；

进一步的，附着消耗率最小分配方法中，根据摩擦椭圆原理，以前后n轴路面附着消耗率之和最小为目标进行驱动转矩的分配，然后每个轴左右两侧平均分配，目标函数如下所示：

式中：F_zi为车轮上的垂向载荷，F_yi为轮胎侧向力；

分布式电动车驱动电机失效后，电机无法提供转矩或提供的转矩受到限制。为描述失效前后执行器的执行能力，定义失效因子

其中，失效因子用于描述执行器失效的程度，越大，说明失效程度越轻；越小，说明失效程度越重。

故障模式下的再分配(容错控制模式)：

本模块针对执行器失效，特别是驱动电机失效，通过CAN总线网络接收驱动控制器反馈信号来判断失效状态，确定失效单元后立即舍弃该执行器不再施加动力控制信号，针对车辆设计物理系统约束充分利用正常的驱动电机，进行纵- 横向力再分配，保证车辆仍能按预定期望行驶。

步骤4、底盘系统通过CAN总线网络接收来自力矩协调分配模块的数据，并下发给各电机驱动控制器、机械制动盘控制器以及转向电机控制器。

步骤5、底盘系统的状态测量与估计模块除了提供必要的底盘信息反馈外 (包含姿态角、姿态角速度、横纵向车速以及加速度、以及各电机驱动器信息反馈)，还提供一些不能或难以直接测量的物理量的状态估计算法，具体包含质心侧偏角状态估计和垂向载荷估计，状态测量与估计模块所提供的信息供分布式协调控制系统的遥控意图解析子模块和力矩协调分配子模块调用。

进一步的，质心侧偏角状态估计采用可测量的横纵向车速进行估计；垂向载荷估计采用簧下质量的加速度a_u(规定向上为正方向)和悬架弹簧压缩量Δs来进行估计，即其中m_u为簧下质量，K为了弹簧刚度系数。

其中，图2为本发明的一种多轴分布式驱动车辆遥控驾驶指令解析流程。

S2、所述车载端将所述输出指令发送至底盘驱动无人车辆的运动控制。

实施例2

基于图3所示的一种多轴分布式驱动车辆遥控驾驶控制系统架构图，作进一步说明：

步骤1.专用手持遥控端的数据发送。

步骤2.车载端分布式协调控制系统的意图解析模块对接收到的遥控输入数据进行解析，这里所述意图模块包含状态监控、容许区间和期望意图三个子模块：

依据以下三方面约束方程确立可容许控制区间(简称“容许区间”)，可容许控制区间是上述三个约束空间的交：一，最大转向角约束；二，侧向稳定性约束；三，防翻滚约束条件。

最大转向角约束计算过程：基于稳态转向过程可建立侧向加速度和曲率之间的关系，再联合二自由度侧向动力学方程可建立行驶过程中的曲率与最大转向角、实际转向角以及车速之间的约束关系，即|κ_steer|≤f₁(δ_max，δ_r，v_x)，其中κ_steer表示转向曲率、δ_max和δ_r表示最大转向角和实际转向角，v_x为纵向车速，f₁函数表示由二自由度侧向动力学模型而建立的各变量间的约束关系；

侧向稳定性约束计算过程：基于简化的侧向附着力计算模型可得到最大侧向加速度约束关系m|a_y|≤μmg，而侧向加速度和曲率之间存在稳态对应关系式中v_y表示横向速度、γ表示航向角速度、κ表示行驶曲率，由此可建立曲率约束关系，即式中表示估计得到的轮 -地摩擦系数；

防翻滚约束条件计算过程：由翻滚指数(RI)来表达，最大可允许翻滚指数限定了最大侧向加速度而侧向加速度与转向曲率和纵向速度存在稳态对应关系，由此建立曲率约束关系，即

期望意图的计算：将前进倒退档位指令的±80％映射到总期望驱/制动力矩 (额定转矩)，剩下±20％行程量映射到短时过载力矩；考虑转向工况，首先要评估是否采用复合转向模式；转向模式的优先级按如下方式设计，转向机构转向> 复合转向，优先使用转向机构实现转向，当转向机构产生的横摆力矩不足以实现有效转向即出现严重的不足转向时，需要启动复合转向模式，即利用左右双侧力矩差产生横摆力矩来转向；机械制动遥控指令(0-100％)直接线性映射到制动盘接口的电控信号行程；中心转向遥控指令±100％，此时后轮转向机构回正，依靠左右双侧电机力矩差值产生中心转向，由于中心转向需求转矩非常大，因此将±100％线性映射到驱动电机的峰值转矩范围；急停指令(使能标志位0和1)，当使能标志位为1时所有档位指令回零，机械制动盘指令设为满行程100％；

其中复合转向模式的判断与分析，首先建立期望横摆角速度与后轮转向角之间的关系(γ_des＝g(v_x，δ_r))，将遥控驾驶端发送的转向指令(±100％)直接对应到后轮转向角(±30度)，并记录当前转向曲率与期望曲率进行比较，如果当前转向曲率持续小于期望曲率的80％时启动双侧驱动力矩差值实现转向不足的补偿。

步骤3.车载端分布式协调控制系统的力矩协调分配模块接收来自期望意图子模块的数据并进行横纵向的力矩分配计算，力矩分配计算具体包含纵向驱/制动力矩分配、横向分配(包含后轮转向角和直接横摆力矩)和故障模式下的再分配策略：

以某4轴车辆为例，根据摩擦椭圆原理，以前后四轴路面附着消耗率之和最小为目标进行驱动转矩的分配，然后每个轴左右两侧平均分配，目标函数如下所示：

式中：F_zi为车轮上的垂向载荷，F_yi为轮胎侧向力。实际车辆中的轮胎侧向力很难获得，所以将路面附着消耗率简化为纵向附着消耗率，则上式改写成：

式中后两项为相关约束方程，f(T_i)为遥控指令解析模块下发的驱/制动力矩函数，另外纵向力还受路面附着条件的限制，电机驱动力受电机输出能力的限制。通过数值优化算法可以求解上述非线性约束优化问题。

横向分配主要解决转向指令中的复合转向模式的力矩分配问题，建立期望横摆角速度与后轮转向角之间的关系，如果当前转向曲率持续小于期望曲率的80％时启动双侧驱动力矩差值实现转向不足的补偿。同样按照附着消耗率最小的分配方法，在纵向驱动力矩基础上增加横摆力矩约束，得到稳定性控制时电机力矩优化分配问题：

式中横摆力矩比例系数K表示当前曲率和期望曲率差值到横摆力矩的映射关系，可由实际调试经验确定，也可由当前曲率目标差值、容许安全曲率、电机驱动力矩余量等确定K＝h(Δκ，κ_safe，T_max-T_i)。

故障模式下的再分配(容错控制模式)：本模块针对执行器失效，特别是驱动电机失效，通过CAN总线网络接收驱动控制器反馈信号来判断失效状态，确定失效单元后立即舍弃该执行器不再施加动力控制信号，针对车辆设计物理系统约束充分利用正常的驱动电机，进行纵-横向力再分配，保证车辆仍能按预定期望行驶。

综上所述，由遥控输入到最终控制量生成的整个过程可总结列表如下：

表1.某4轴车辆遥控驾驶输入输出解析关系

其中，图4为本发明的本发明实施案例提供的力矩分配算法流程。

实施例4

基于同一发明构思，本发明提出了一种多轴分布式驱动无人车辆控制系统，该系统与一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法类似，包括：遥控端、车载端分布式协调控制系统和底盘系统；

下面对上述三个模块作进一步说明：

遥控端，用于将遥控指令下发至车载端分布式协调控制系统；

车载端分布式协调控制系统，用于解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

底盘系统，用于接收所述输出指令，并根据接收的输出指令进行无人车辆的运动控制。

进一步的，车载端分布式协调控制系统，包括：遥控意图解析模块和力矩协调分配模块；

遥控意图解析模块，用于接收遥控指令并结合底盘系统的状态测量与估计模块反馈的数据计算预设条件，同时基于所述预设条件解析遥控指令；

力矩协调分配模块，用于根据解析的结果以及所述状态测量与估计模块反馈的数据按照附着消耗率最小分配目标函数进行横纵向力矩分配并生成输出指令。

进一步的，遥控意图解析模块，包括：状态监测子模块、容许空间子模块和期望意图子模块；

状态监测子模块，用于监控所述底盘系统反馈的数据并发送至所述容许区间子模块；

容许空间子模块，用于根据反馈的数据和遥控指令计算预设条件，同时对遥控指令进行滤波计算；

其中，预设条件，包括最大转向角约束、侧向稳定性约束和防翻滚约束。

期望意图子模块，用于基于所述预设条件将所述遥控指令解析并发送至所述力矩协调分配模块。

进一步的，力矩协调分配模块，包括：纵向驱/制动力矩分配子模块、横向分配子模块和再分配子模块；

纵向驱/制动力矩分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

横向分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

再分配子模块，用于根据底盘系统的状态测量与估计模块反馈的信息以及遥控指令调整输出指令下发至底盘系统。

进一步的，底盘系统，包括：驱动电机控制器、机械制动盘和转向电机控制器和状态测量与估计模块。

进一步的，车载端分布式协调控制系统与底盘系统间通过CAN总线网络进行数据通信。

进一步的，遥控端设置有前进倒退档、机械制动档、转向档位和急停档。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，包括：

车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

所述车载端将所述输出指令发送至底盘驱动无人车辆的运动控制。

2.如权利要求1所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令，包括：

车载端接收遥控端发出的遥控指令并根据底盘反馈的数据计算预设条件，同时基于所述预设条件将所述遥控指令解析；

所述车载端根据解析的结果按照附着消耗率最小分配目标函数进行横纵向力矩分配并生成输出指令；

其中，所述遥控指令包括：直驶遥控指令、转向遥控指令、机械制动遥控指令、中心转向遥控指令和急停指令。

3.如权利要求2所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述基于所述预设条件将所述遥控指令解析，包括：

当所述遥控指令为直驶遥控指令时，基于所述预设条件对所述直驶遥控指令进行滤波计算，将直行遥控指令的±80％行程量映射到总期望驱/制动力矩，剩余行程量映射到短时过载力矩；

当所述遥控指令为转向遥控指令时，基于所述预设条件对所述转向遥控指令进行滤波计算，选择转向机构转向模式和复合转向模式协调进行力矩分配；

当所述遥控指令为机械制动遥控指令时，基于所述预设条件对所述机械制动遥控指令进行滤波计算，映射到底盘的电控信号行程；

当所述遥控指令为中心转向遥控指令时，基于所述预设条件对所述中心转向遥控指令进行滤波计算，映射到底盘的峰值转矩范围；

当所述遥控指令为急停指令遥控指令时，基于所述预设条件对所述急停指令进行滤波计算，根据预设的使能指标为1时将所有遥控指令回零，机械制动盘指令设为100％满行程量。

4.如权利要求3所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述选择转向机构转向模式和复合转向模式协调进行力矩分配，包括：

根据预先设置的转向模式优先级，选择转向机构转向模式进行力矩分配；

若所述转向机构转向模式下的力矩分配不满足预设要求时，则在所述转向机构转向模式的基础上，启动复合转向模式进行力矩分配；

其中，所述转向模式优先级包括：转向机构转向模式的优先级大于复合转向模式的优先级。

5.如权利要求2所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述预设条件包括：最大转向角约束、侧向稳定性约束和防翻滚约束；

所述最大转向角约束按下式计算：

|k_steer|≤f₁(δ_max，δ_r，v_x)

式中，k_steer表示转向曲率、δ_max表示最大转向角、δ_r表示实际转向角，v_x为纵向车速；

所述侧向稳定性约束按下式计算：

式中，κ_slip表示侧向稳定性约束条件下的行驶曲率，表示估计得到的轮-地摩擦系数；

所述防翻滚约束按下式计算：

式中，k_roll表示防翻滚约束下的转向曲率，φ表示车辆的滚转角，表示车辆的滚转角速度。

6.如权利要求2所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述最小分配目标函数如下式计算：

式中，J_μ为附着消耗率C_i为加权系数，μ为轮-地摩擦系数，F_zi为车轮上的垂向载荷，F_yi为轮胎侧向力，F_xi为轮胎纵向力，n为前后轴的总数。

7.如权利要求1至6任一所述的多轴分布式驱动无人车辆控制方法，其特征在于，所述车载端解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令，还包括：

车载端根据底盘反馈的信息判断所述底盘的部分系统否出现失效状态；

当所述底盘未处于失效状态，车载端根据遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

否则，所述车载端调整下发的输出指令；

优选的，遥控端发出的遥控指令通过无线数据电台下发至车载端数据电台。

优选的，所述反馈的数据，包括：姿态角、姿态角速度、横纵向车速、横纵向加速度、各电机驱动器反馈信息、质心侧偏角和垂向载荷；

优选的，所述垂向载荷，按下式确定：

式中，为垂向载荷，a_u为簧下质量的加速度，Δs为悬架弹簧压缩量，m_u为簧下质量，K为弹簧刚度系数。

8.一种多轴分布式驱动无人车辆控制系统，其特征在于，包括：遥控端、车载端分布式协调控制系统和底盘系统；

所述遥控端，用于将遥控指令下发至车载端分布式协调控制系统；

所述车载端分布式协调控制系统，用于解析遥控端发出的遥控指令以及底盘反馈的数据，并结合预设条件生成输出指令；

所述底盘系统，用于接收所述输出指令，并根据接收的输出指令进行无人车辆的运动控制。

9.如权利要求8所述的多轴分布式驱动无人车辆控制系统，其特征在于，所述车载端分布式协调控制系统，包括：遥控意图解析模块和力矩协调分配模块；

所述遥控意图解析模块，用于接收遥控指令并结合所述底盘系统的状态测量与估计模块反馈的数据计算预设条件，同时基于所述预设条件解析遥控指令；

所述力矩协调分配模块，用于根据解析的结果以及所述状态测量与估计模块反馈的数据按照附着消耗率最小分配目标函数进行横纵向力矩分配并生成输出指令。

10.如权利要求9所述的多轴分布式驱动无人车辆控制系统，其特征在于，所述遥控意图解析模块，包括：状态监测子模块、容许空间子模块和期望意图子模块；

所述状态监测子模块，用于监控所述底盘系统反馈的数据并发送至所述容许区间子模块；

所述容许空间子模块，用于根据反馈的数据和遥控指令计算预设条件，同时对遥控指令进行滤波计算；

其中，所述预设条件，包括最大转向角约束、侧向稳定性约束和防翻滚约束；

所述期望意图子模块，用于基于所述预设条件将所述遥控指令解析并发送至所述力矩协调分配模块；

优选的，所述力矩协调分配模块，包括：纵向驱/制动力矩分配子模块、横向分配子模块和再分配子模块；

所述纵向驱/制动力矩分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

所述横向分配子模块，用于根据解析结果进行力矩分配并转换成输出指令下发至底盘系统；

所述再分配子模块，用于根据底盘系统的状态测量与估计模块反馈的信息以及遥控指令调整输出指令下发至底盘系统；

优选的，所述底盘系统，包括：驱动电机控制器、机械制动盘和转向电机控制器和状态测量与估计模块；

优选的，所述车载端分布式协调控制系统与所述底盘系统间通过CAN总线网络进行数据通信；

优选的，遥控端设置有前进倒退档、机械制动档、转向档位和急停档。