本发明属于无人车，尤其涉及一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算方法及平台。
背景技术：
1、无人车(unmanned ground vehicle,ugv)作为一种特殊的新型移动运输工具，集感知、规划、驱动、协同控制为一体，是一种具有高度自动化特性的智能机电系统。随着无人车在复杂环境中的广泛应用，其可靠性成为了保障人身安全和系统稳定运行的关键因素。
2、现阶段对无人车运行可靠性的研究多集中在图像处理与识别、多维感知信息融合、路径规划算法优化和控制决策能力提高等算法层面。然而，无人车作为一种高度复杂的集成系统，其动力学性能与众多电子、机械部件的健康状况紧密相关。这些部件在长期运行过程中会经历不同程度的退化，进而影响整个系统的可靠性和安全性。如何确定部件退化导致的无人车系统性能退化，从而对无人车系统的进行合理的可靠性评估，是急需解决的问题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算方法及平台，基于无人车的部件退化情况确定无人车系统的性能指标退化情况，基于性能指标退化情况对无人车系统的行驶进行仿真模拟，基于仿真结果评估无人车系统的性能可靠性。
2、一方面，本发明提供了一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算方法，具体包括如下步骤：
3、基于无人车系统存在退化状态的部件随时间退化的关系确定无人车无人车系统仿真模型参数随时间退化的关系；
4、基于预设轨迹确定目标轨迹参数，包括目标轨迹坐标、目标转角和目标转向曲率；
5、进行无人车系统动力学仿真；其中，在各次仿真过程中，基于动力学仿真反馈的当前速度、传感器反馈的当前轨迹坐标、转角测量值、目标运行速度和目标轨迹参数对无人车进行运行控制实现无人车的实际运行；
6、基于各仿真模型参数随时间退化的关系确定各次仿真过程中无人车的实际运行速度和实际轨迹坐标；
7、基于多次仿真过程中实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值确定无人车系统性能可靠度。
8、进一步的，所述无人车系统存在退化状态的部件包括电池、永磁体、雷达、齿轮和履带；所述仿真模型参数包括电机功率、传感器反馈系数、齿轮传动效率和履带滚动阻力系数；
9、所述基于无人车系统存在退化状态的部件随时间退化的关系确定无人车系统仿真模型参数随时间退化的关系包括：
10、基于电池内阻和永磁体磁通量随时间退化的关系确定电机功率随时间退化的关系；
11、基于雷达电路板输出信号频率随时间退化的关系确定传感器反馈系数随时间退化的关系；
12、基于齿轮在退化冲击作用下的累积磨损量随时间退化的关系确定齿轮传动效率随时间退化的关系；
13、基于履带在退化冲击作用下的累积磨损量随时间退化的关系确定履带滚动阻力系数随时间退化的关系。
14、进一步的，所述传感器反馈的当前轨迹坐标与传感器反馈系数有关；
15、所述基于动力学仿真反馈的当前速度、传感器反馈的当前轨迹坐标、转角测量值和目标轨迹参数对无人车进行运行控制实现无人车的实际运行包括：
16、基于转角测量值和目标转角确定转向角误差；
17、基于目标运行速度、当前速度和转向角误差确定切向速度误差；
18、基于当前轨迹坐标、目标轨迹坐标确定法向误差；
19、基于目标转向曲率、法向误差、转向角误差、切向速度误差更新无人车的角速度和速度，对无人车进行运行控制。
20、进一步的，所述基于各仿真模型参数随时间退化的关系确定无人车实际运行速度和实际轨迹坐标包括：
21、基于电机功率、齿轮传动效率和履带滚动阻力系数随时间退化的关系确定仿真各时刻电机功率值、齿轮传动效率值和履带滚动阻力系数值，基于仿真各时刻电机功率值、齿轮传动效率值和履带滚动阻力系数值确定无人车相应各时刻的实际运行速度和实际运行角速度；
22、基于实际运行速度和实际运行角速度确定实际轨迹坐标。
23、进一步的，所述基于电机功率、履带滚动阻力系数、齿轮传动效率随时间退化的关系确定无人车实际运行速度和实际运行角速度的计算公式为：
24、
25、其中，i是电机的减速比；r是传动齿轮半径；η是齿轮传动效率；nl和nr分别是左右电机的转速；p表示电机功率；fr和fl是车体左、右侧履带受到的滚动阻力，fl＝fr＝f·mgcosα，f表示履带滚动阻力系数，m为无人车质量，α为无人车的爬坡角度；fw是空气阻力；v表示无人车行驶速度；b为左右侧履带中心之间的间距，视为车宽；iz表示车辆的惯性矩；mμ表示转向阻力扭矩；ω为无人车行驶的转向角速度。
26、进一步的，所述电机功率随时间退化的关系包括：
27、p(t)＝kd(1-ηd(t))-i2r(t)；
28、其中，p表示电机功率；t为时间；系数kd＝b0ilnr/9.55，b0为电机永磁体初始磁通，i为电机电流，l为磁场中直导线的长度，n为电机转速和r为齿轮半径；r表示电池内阻；表示电池内阻随时间退化的关系；t1为电池工作时的温度，a1、b1、c1、d1为常数系数；ηd表示永磁体退磁率；表示永磁体磁通量随时间退化的关系；t2为永磁体工作时的温度，参数a2、b2、c2、d2为常数系数；
29、所述传感器反馈系数随时间退化的关系包括：
30、ζ(t)＝1-kc(y(t)-y0)；
31、其中，ζ为传感器反馈系数，当ζ＝1，表示位置信息能够被精准反馈；当雷达电路板输出信号频率y下降时，0≤ζ＜1，表示反馈出现误差；y0为雷达电路板输出信号频率的初值；kc为常数；y为雷达电路板输出信号频率，y(t)＝a3+b3t表示雷达电路板输出信号频率随时间退化的关系，a3、b3为常数系数。
32、所述齿轮传动效率随时间退化的关系包括：
33、
34、其中，η为齿轮传动效率；η'0为齿轮初始传动效率；kx为变量系数，kx＝hvk-1/h；xsc(t)为传动齿轮在退化和冲击作用下的累积磨损量，xc(t)为传动齿轮在退化作用下的磨损量，服从尺度参数为ηc(t)、形状参数为mc的威布尔分布；yci为每次冲击造成的损伤量，服从均值为μ1、方差为的正态分布；
35、所述履带滚动阻力系数随时间退化的关系包括：
36、f(t)＝f0-kl·xsl(t)；
37、其中，f为履带滚动阻力系数；f0为履带阻力系数的初值，kl为比例系数；xsl(t)为履带在退化和冲击作用下的累积磨损量，为履带随时间退化的关系；xl(t)为履带在退化作用下的磨损量，服从尺度参数为ηl(t)、形状参数为ml的威布尔分布；ylj为每次冲击造成的损伤量，服从均值为μ2、方差为的正态分布。
38、进一步的，基于实际运行速度和实际运行角速度确定实际轨迹坐标包括：
39、基于实际运行角速度确定实际运行转向角；
40、基于实际运行速度和实际运行转向角确定实际轨迹坐标。
41、进一步的，基于多次仿真过程中实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值确定无人车系统性能可靠度包括：
42、计算各次仿真过程中实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值；
43、对于实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值均小于相应阈值的仿真过程，判定无人车为无故障；
44、基于无人车无故障仿真次数与总仿真次数确定无人车性能可靠度。
45、另一方面，本发明还提供了一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算平台，包括：
46、无人车性能退化分析模块，用于基于无人车系统存在退化状态的部件随时间退化的关系确定无人车系统仿真模型参数随时间退化的关系；
47、无人车动力仿真模块，用于基于规划好的轨迹确定目标轨迹参数，包括目标轨迹坐标、目标转角和目标转向曲率；在各次仿真过程中，基于动力学仿真反馈的当前速度、传感器反馈的当前轨迹坐标、转角测量值、目标速度和目标轨迹参数对无人车进行运行控制实现无人车的实际运行；基于各仿真模型参数随时间退化的关系确定各次仿真过程中无人车的实际运行速度和实际轨迹坐标；
48、无人车性能可靠性计算模块，用于基于多次仿真过程中实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值确定无人车系统性能可靠度。
49、进一步的，所述无人车动力仿真模块包括：
50、速度设定子模块，用于设定无人车仿真的目标运行速度；
51、路径规划子模块，用于基于规划好的轨迹确定目标轨迹参数，包括目标轨迹坐标、目标转角和目标转向曲率；
52、控制器子模块，用于基于动力学仿真反馈的当前速度、传感器反馈的当前轨迹坐标、转角测量值、目标速度和目标轨迹参数对无人车进行运行控制实现无人车的实际运行；
53、动力学子模块，用于计算无人车实际运行速度和实际运行角速度；
54、运动学子模块，用于基于实际运行速度和实际运行转向角确定实际轨迹坐标。
55、本发明至少可以实现下述之一的有益效果：
56、通过考虑电池、永磁体、雷达、齿轮和履带等各无人车系统存在退化状态的部件随时间退化的关系，推导得到无人车系统仿真模型参数包括电机功率、传感器反馈系数、齿轮传动效率和履带滚动阻力系数随时间退化的关系，全方位揭示了无人车部件退化和系统性能退化的因果关系。
57、通过采用对无人车进行动力学仿真，通过仿真数据得到无人车随着时间系统性能退化造成的位置误差和速度误差，根据多次仿真的误差数据，计算出无人车的故障概率和无故障概率，从而确定一段时间下无人车系统性能的可靠度。解决了现有技术中缺乏考虑部件随时间退化特性对系统的动态影响的可靠性评估方法的问题。
58、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述无人车系统存在退化状态的部件包括电池、永磁体、雷达、齿轮和履带；所述仿真模型参数包括电机功率、传感器反馈系数、齿轮传动效率和履带滚动阻力系数；
3.根据权利要求2所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述传感器反馈的当前轨迹坐标与传感器反馈系数有关；
4.根据权利要求3所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述基于各仿真模型参数随时间退化的关系确定无人车实际运行速度和实际轨迹坐标包括：
5.根据权利要求4所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述基于电机功率、履带滚动阻力系数、齿轮传动效率随时间退化的关系确定无人车实际运行速度和实际运行角速度的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述电机功率随时间退化的关系包括：
7.根据权利要求4所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，基于实际运行速度和实际运行角速度确定实际轨迹坐标包括：
8.根据权利要求1-7任一项所述的动力学仿真和性能可靠性计算方法，其特征在于，所述基于多次仿真过程中实际轨迹坐标和目标轨迹坐标的距离差值、实际运行速度与目标运行速度的差值确定无人车系统性能可靠度包括：
9.一种无人车系统动力学仿真和性能可靠性计算平台，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的动力学仿真和性能可靠性计算平台，其特征在于，所述无人车动力仿真模块包括：
