本发明属于分布式驱动电动汽车控制，具体涉及一种用于八轮独立电驱动无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法。
背景技术：
1、近年来，纯电动汽车技术蓬勃发展，以零排放、低噪声、高效能等优势被公认为21世纪汽车工业转型升级的主要方向。轮毂电机驱动电动汽车凭借着结构简单、驱动效率高、底盘可控性强等优势逐渐成为电动汽车领域研发热点。无人车辆是一种装备有探测系统和多种测量仪器与传感器的智能车辆，通过车载传感器来感知周边环境，获取车辆的位置信息、行驶信息和道路信息等，经由控制器自动计算控制车辆行驶的方向和速度，确保车辆能在给定的路面上正常行驶，并完成既定的任务。无人地面自主车辆大多工作在复杂、危险、恶劣等人类工作受限的环境中，代替人类进行高危作业等，在当今信息技术高度发达的社会中发挥着不可替代的作用。
2、全差动转向是指车辆完全依靠左右驱动轮在不同驱动力作用下产生的转速差完成转向动作。差动转向技术目前主要分为具有转向系统的差动辅助转向与没有转向系统的全差速驱动转向。传统乘用车主要采用的是差动助力转向技术，与采用传统的阿克曼转向结构的差动助力转向技术相比，没有转向系统的全差速驱动转向技术有着结构简单、机动性好、转向方式多样等优点，更适应于在野区极端恶劣条件下作业。
3、关于差动转向技术，目前大部分车辆主要采用的是差动助力转向，而少数已有的针对多轴无人车辆的全差动转向技术研究，大多是基于差动转向动力学进行分析，重点考虑路面影响因素与轮胎模型对车辆差动转向性能的影响，对于多轴无人车辆两侧驱动力矩差与差动转向性能及稳定性的关系研究较为匮乏，使得车辆存在直行易跑偏、驱动实时控制性差、转向稳定性低等问题。已有的研究广泛基于轮边驱动车辆，轮边驱动电机车辆底盘结构不够紧凑，传动效率不高。
技术实现思路
1、为了克服上述技术问题，本发明提出一种用于八轮独立电驱动无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，通过上层控制器指令制定无人车辆所需总驱动力矩和前轮转角，根据建立的车辆动力学模型获得横摆角速度期望值和质心侧偏角估算值，根据车辆横摆角速度和质心侧偏角的偏差，通过模糊控制获得补偿横摆力矩以提升车辆稳定性，根据无人车辆包括直行在内的多种不同行驶工况对总驱动力矩和补偿横摆力矩采用不同策略进行分配，解决直行易跑偏问题，提高车辆差动转向行驶性能。通过车辆实时车速、质心侧偏角及质心侧偏角速度，根据相平面方法获得车辆实时稳定裕度，根据稳定裕度对补偿横摆力矩和差动转向力矩进行权重实时优化，进一步提高车辆驱动控制实时性和转向稳定性。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，采用分布式分层控制系统进行分层控制，所述的分布式分层控制系统包括车辆控制参数制定层、补偿横摆力矩制定层、驱动力矩分配层、力矩实时优化层；
4、通过上层控制器输入无人车辆转向指令和驱动指令，通过车辆动力学模型获取车辆实时参数，车辆控制参数制定层计算总驱动力矩，并调用车辆动力学模型中的期望横摆角速度估算模块计算横摆角速度期望值；
5、补偿横摆力矩制定层对车辆的横摆角速度与质心侧偏角的偏差采用模糊控制器跟踪控制，模糊控制器的输入为质心侧偏角估算值和质心侧偏角期望值的偏差，以及实时横摆角速度与横摆角速度期望值的偏差，输出为补偿横摆力矩；所述的质心侧偏角估算值由补偿横摆力矩制定层调用车辆动力学模型中的质心侧偏角估算模块计算得到，质心侧偏角期望值为零；横摆角速度期望值由补偿横摆力矩制定层调用车辆动力学模型中的期望横摆角速度估算模块计算得到；
6、驱动力矩分配层根据不同工况，调用车辆动力学模型中的垂直载荷估算模块计算各车轮垂直载荷分布，将总驱动力矩进行初始分配；再根据初始分配驱动力矩、补偿横摆力矩和因转向动作产生的差动转向力矩，输出各轮毂电机补偿之后的二次分配驱动力矩；
7、力矩实时优化层根据车辆实时车速、质心侧偏角、质心侧偏角速度和相平面稳定裕度实时调整补偿横摆力矩与差动转向力矩的权重系数，优化分配各轮毂电机的最终输出力矩。
8、进一步地，所述工况包括直线行驶工况、差动转向工况和原地转向工况。
9、进一步地，所述的稳定域划分模块中，相平面参数包括质心侧偏角和质心侧偏角速度，所述的质心侧偏角速度是质心侧偏角对时间求导得到的；相平面域划分时，内层的稳定域和可拓域采用极限环法，外层的可拓域和失稳域采用双直线法，划分得到不同车速下的质心侧偏角和质心侧偏角速度对于稳定域、可拓域和失稳域的边界。
10、进一步地，车辆动力学模型中的动力控制模块，以各轮毂电机的实际驱动力矩为输入，生成车辆的实时横摆角速度和纵向速度。
11、进一步地，所述驱动力矩分配层包括：
12、驱动力矩初始分配模块，其用于根据不同行驶工况，对车辆总驱动力矩进行各轮毂电机驱动力矩的初始分配，其中直行与转弯工况根据动力学差异，采用不同转矩分配策略，以保证准确直行和稳定转弯性能；
13、驱动力矩二次分配模块，其用于根据不同工况下的各轮毂电机的初始分配驱动力矩和补偿横摆力矩，输出各轮毂电机补偿之后的二次分配驱动力矩。
14、进一步地，所述的力矩实时优化层包括：
15、稳定域划分模块，其用于根据车辆参数和相平面方法，对不同车速下的车辆相平面进行稳定域、可拓域和失稳域划分；
16、稳定裕度计算模块，其用于根据车辆实时车速、质心侧偏角、质心侧偏角速度和相平面各域边界，采用分段三角函数形式计算车辆实时稳定裕度；
17、力矩实时优化模块，其用于根据车辆实时稳定裕度，优化补偿横摆力矩与差动转向力矩的权重，输出各轮毂电机的三次分配驱动力矩；并且按照电机转矩约束和路面附着力约束条件调整驱动力矩的三次分配结果，得到各轮毂电机的最终输出力矩。
18、本发明的有益效果是：
19、(1)本发明针对的是轮毂电机驱动的八轮无转向结构无人车辆，车辆底盘结构更加紧凑、传动效率更高。并且，与差动辅助转向不同，所提出的全差动转向能够完全依靠左右驱动轮在不同驱动力作用下产生的转速差完成转向动作。
20、(2)本发明针对采用模糊算法制定补偿横摆力矩时所需的实际质心侧偏角这一量采用估算方法获得，避免了用昂贵光学传感器测量计算获得的昂贵成本。
21、(3)本发明通过补偿横摆力矩控制算法直接对各轮输出的驱动力矩进行控制，将质心侧偏角与横摆角速度作为稳定性评价指标、车辆行驶轨迹作为行驶性能指标，使得车辆具有更加精准的差动转向性能及稳定性。
22、(4)本发明针对无人车辆的各个车轮驱动电机驱动力矩的分配考虑了三种不同的行驶工况，包括直线行驶工况、差动转向工况和原地转向工况，涵盖了无人车辆大部分行驶工况，适用范围广；并且，针对直行和转弯工况的动力学差异，采用了不同的转矩分配策略，保证了车辆准确直行和稳定转弯性能。
23、(5)本发明通过相平面域划分和实时稳定裕度计算，对差动转向力矩和补偿横摆力矩进行了基于稳定性的实时权重优化，使得车辆在转向过程中稳定性能大幅提升，并且提高了车辆驱动控制的实时性，使其可以适应更多复杂工况。此外，还考虑了电机转矩约束和路面附着力约束两个限制条件，保证了驱动力矩分配的有效性。
1.一种用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，采用分布式分层控制系统进行分层控制，所述的分布式分层控制系统包括车辆控制参数制定层、补偿横摆力矩制定层、驱动力矩分配层、力矩实时优化层；
2.根据权利要求1所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，所述工况包括直线行驶工况、差动转向工况和原地转向工况。
3.根据权利要求2所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，直线行驶工况下，各轮毂电机的初始分配驱动力矩为：
4.根据权利要求2所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，直线行驶工况下，轮毂电机的二次分配驱动力矩为：
5.根据权利要求2所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，所述的力矩实时优化层包括：
6.根据权利要求5所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，所述的稳定域划分模块中，相平面参数包括质心侧偏角和质心侧偏角速度，所述的质心侧偏角速度是质心侧偏角对时间求导得到的；相平面域划分时，内层的稳定域和可拓域采用极限环法，外层的可拓域和失稳域采用双直线法，划分得到不同车速下的质心侧偏角和质心侧偏角速度对于稳定域、可拓域和失稳域的边界。
7.根据权利要求5所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，稳定裕度计算模块采用分段三角函数形式计算车辆实时稳定裕度，表示为：
8.根据权利要求7所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，差动转向工况下，轮毂电机的三次分配驱动力矩为：
9.根据权利要求5所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，力矩实时优化模块中，电机转矩约束和路面附着力约束分别为：
10.根据权利要求9所述的用于八轮无转向结构无人车辆全差动转向的控制方法，其特征在于，直线行驶工况下，轮毂电机的最终分配驱动力矩为：
