【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人摩托主动控制，具体涉及一种无人摩托操纵极限主动漂移控制装置及方法。
技术介绍
1、近年来，极限操纵工况下的分布式驱动车辆漂移运动控制研究受到国内外学者的广泛关注。漂移作为一种常用赛车技巧，其通常使车辆主动进入过度转向状态，并使后轮处于完全滑转状态，通过精确控制加速踏板与前轮转角，实现车辆高速过弯。主动漂移因其高速机动性与快速通过性，逐渐被引入到自动驾驶紧急避障、碰后主动安全控制策略设计之中，漂移状态下轮胎力常常处在非线性饱和区域，加上车辆结构参数不确定性，这给车辆主动漂移控制系统设计带来极大挑战。当前关于漂移控制的方法主要包括基于模型的控制和基于学习的控制，两者都能较好地完成自动驾驶的稳态漂移控制。随着车辆智能化技术的发展，无人摩托凭借其机动灵活、通过性强的特征，在山地丛林、地下管廊、胡同巷道环境下的侦察探测、货物运输等展现出诱人前景，引起车辆及控制领域学者的极大兴趣和广泛关注。无人摩托车本质上是欠驱动系统，在侧倾方向无直接控制输入，增加了运动控制难度，加上任务操纵性与机动性要求，常需要无人摩托具备主动漂移能力，以应对复杂行驶环境与运输保障任务。从公开文献来看，有关无人摩托漂移动力学及控制的研究较少，相关动力学建模与控制技术面临迫切需求亟待掌握。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提供一种无人摩托操纵极限主动漂移控制装置及方法，能够实现在漂移极限工况下的无人摩托稳定性控制。
2、实现本专利技术的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术一种
4、姿态采集模块，用于采集无人摩托的姿态信息；
5、平衡点输出模块存储有多个无人摩托漂移极限工况下平衡点信息，用于输出参考路径对应的平衡点信息；
6、控制模块，用于根据所述参考路径对应的平衡点信息和无人摩托的姿态信息，生成控制量实现无人摩托漂移极限工况下的控制。
7、可选的，本专利技术所述控制模块以前轮转角和后轮转速为控制量，基于预先设定的目标函数和约束条件，实现无人摩托漂移极限工况下的无人摩托控制。
8、可选的，本专利技术所述控制模块的目标函数和约束条件为：
9、
10、约束条件：
11、δumin≤δu(t+i|t)≤δumax
12、umin≤u(t+i|t)≤umax
13、其中，np为预测步长，nc为控制步长，ε为松弛因子，ρ为松弛因子ε的加权系数；δt+i、ωt+i、和表示姿态信息，即当前无人摩托的前轮转角、后轮转速、偏航角速度和车身侧倾角；δref|t+i、ωref|t+i、和为平衡点信息，即无人摩托平衡状态下的前轮转角、后轮转速、偏航角速度和车身侧倾角；[δumin,δumax]为相邻时刻控制量差值的范围，[umin,umax]为控制量的取值范围，为对拓展状态矩阵求平方，为对控制增量矩阵求平方。
14、可选的，本专利技术所述多个无人摩托漂移极限工况下平衡点信息采用如下过程获取：
15、基于无人摩托的平衡状态模拟仿真，获取无人摩托漂移工况下的多个平衡点信息；
16、设定不同漂移工况及对应的评价指标，针对获取的多个平衡点信息，检验每一平衡点是否满足无人摩托的通过性要求和机动性要求，确定不同参考路径下所对应的平衡点信息。
17、可选的，本专利技术所述无人摩托的平衡状态为：
18、
19、其中，是车辆侧倾角，m是整车质量，h是重心高，δf是有效转角，a和b分别为前轮和后轮到摩托质心位置的纵向距离，是偏航角速度，μ为轮胎-路面间的摩擦系数，ir为轮胎转动惯量，r为轮胎半径，τ为轮胎侧偏角的余角，c是拖曳距，λ是前叉倾角。
20、可选的，本专利技术所述多个平衡点信息的获取的具体过程为：
21、获取无人摩托达到平衡状态并进行模拟仿真；
22、选择前轮转角、后轮转速和车身侧倾角作为状态量；
23、施加一个带有反馈控制的侧倾方向的力矩，并固定三个状态量中的两个，并通过调整另一状态量，直至外力矩值为0，并将此时三个状态量记为无人摩托的平衡点信息；
24、根据后轮转速与偏航角速度之间的耦合关系，进一步确定平衡点的偏航角速度，最终获得的平衡点信息包括：前轮转角、后轮转速、车身侧倾角以及偏航角速度。
25、可选的，本专利技术在平衡点通过检测时，设定试验工况1：直线行驶-半圆漂移-直线行驶的稳态漂移工况，实现无人摩托的漂移掉头，从一系列漂移平衡点中，根据期望轨迹选取合适的平衡点，作为后续车辆漂移跟踪控制的基础，以无人摩托能够通过的最小宽度为评价指标，与无人摩托以最小转弯半径调头的正常转向工况相比，检验其通过性。
26、可选的，本专利技术在平衡点通过检测时，设定试验工况2：过s弯的瞬态漂移工况，s弯两段圆弧曲率半径在可选范围内任取，从一系列漂移平衡点中，根据期望轨迹选取合适的平衡点，作为后续车辆漂移跟踪控制的基础，以摩托通过路径的时间为评价指标，与摩托正常转向过弯工况相比，检验其机动性。
27、第二方面，本专利技术一种无人摩托操纵极限主动漂移控制方法，具体过程为：
28、采集无人摩托的姿态信息；
29、从预先存储的多个无人摩托漂移极限工况下平衡点信息中，输出参考路径对应的平衡点信息；
30、根据所述参考路径对应的平衡点信息和无人摩托的姿态信息，生成控制量实现无人摩托漂移极限工况下的控制。
31、有益效果：
32、本专利技术采用模型预测控制，能够同时考虑多个控制目标，实现整体性能的优化，还能确保控制动作不会超出允许范围，提高系统的可靠性和稳定性。
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1.一种无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，包括：姿态采集模块、平衡点输出模块以及控制模块；
2.根据权利要求1所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块以前轮转角和后轮转速为控制量，基于预先设定的目标函数，实现无人摩托漂移极限工况下的无人摩托控制。
3.根据权利要求2所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块的目标函数为：
4.根据权利要求2所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块的约束条件：
5.根据权利要求1所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述多个无人摩托漂移极限工况下平衡点信息采用如下过程获取：
6.根据权利要求1或5所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述无人摩托的平衡状态为：
7.根据权利要求6所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述多个平衡点信息获取的具体过程为：
8.根据权利要求4所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，在平衡点通过检测时，设定试验工况1：
9.根据权利要求4所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，在平衡点通过检测时，在平衡点检测模块中，设定试验工况2：过S弯的瞬态漂移工况，S弯两段圆弧曲率半径在可选范围内任取，从多个平衡点信息中，根据期望轨迹选取合适的平衡点，作为后续车辆漂移跟踪控制的基础，以摩托通过路径的时间为评价指标，与摩托正常转向过弯工况相比，检验其机动性。
10.一种无人摩托操纵极限主动漂移控制方法，基于权利要求1-9中任意一项控制装置实现，具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，包括：姿态采集模块、平衡点输出模块以及控制模块；
2.根据权利要求1所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块以前轮转角和后轮转速为控制量，基于预先设定的目标函数，实现无人摩托漂移极限工况下的无人摩托控制。
3.根据权利要求2所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块的目标函数为：
4.根据权利要求2所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述控制模块的约束条件：
5.根据权利要求1所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述多个无人摩托漂移极限工况下平衡点信息采用如下过程获取：
6.根据权利要求1或5所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述无人摩托的平衡状态为：
7.根据权利要求6所述无人摩托操纵极限主动漂移控制装置，其特征在于，所述多个平衡点信...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨路，肖嘉庆，董诚诚，席军强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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