一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，包括步骤：建立车辆模型，得到车辆二自由度运动微分方程：建立路面曲率模型；建立预瞄误差模型；将车速划分为低速、中速、高速三个档次，分别设计对应的横向模糊控制器；三种横向模糊控制器的设计中，均采用路径跟踪过程中产生的横向距离误差E1及角度误差E2作为输入，在不同的模糊控制规则下输出此车速下合适的前轮转角δ；上一步骤中设计的模糊控制器输出的前轮转角δ，再返回到步骤一中作为车辆二自由度模型的输入，由此形成一个闭环反馈系统。本发明专利技术所述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，由于基于速度分区设计不同的控制器，这极大增加了控制器在不同车速下的适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法
本专利技术涉及汽车控制系统
，特别涉及一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法。
技术介绍
随着全球汽车保有量以及交通事故的不断上升，智能交通系统得到越来越多的关注。智能车辆作为智能交通系统的重要一员，其发展具有重要意义。新型、稳定、智能的控制系统更是被广泛研究和关注。在轨迹跟踪控制器的设计中，现有技术未考虑车速变化对控制器设计的影响，而这往往会造成智能车辆在路径跟踪过程中，由于一昧的追求跟踪精度而导致车辆在高速状态下失稳甚至侧翻。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法,其一方面充分利用模糊规则的强抗干扰能力，免去了车辆由于参数不确定、非完整约束以及高度非线性而难以建立准确模型的烦恼。另一方面将车速分区为三个档次，分别设计对应局部控制器，极大增加了控制器在不同车速下的控制精度，同时兼顾车辆转向的稳定性。本专利技术的技术方案：一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，包括以下步骤：第一步，建立车辆模型，以前轮转角δ作为输入，输出为纵向车速v及横摆角速度wr；可以得到车辆二自由度运动微分方程：其中，u—纵向车速，wr—横摆角速度，m—车辆质量，β—车辆质心侧偏角，Iz—车辆转动惯量，δ—前轮转角，v—横向车速，a，b—车辆质心到前后轮距离，k1，k2—前后轮胎的侧偏刚度；第二步，建立路面曲率模型；第三步，建立预瞄误差模型，以车辆路径跟踪过程中提供的纵向车速v及横摆角速度wr以及路面曲率KL作为输入，输出为路径跟踪过程中的距预瞄点的横向距离误差E1及角度误差E2；第四步，将车速划分为低速、中速、高速三个档次，分别设计对应的横向模糊控制器；第五步，三种横向模糊控制器的设计中，均采用路径跟踪过程中产生的横向距离误差E1及角度误差E2作为输入，在不同的模糊控制规则下输出此车速下合适的前轮转角δ；第六步，上一步骤中设计的模糊控制器输出的前轮转角δ，再返回到步骤一中作为车辆二自由度模型的输入，由此形成一个闭环反馈系统，从而达到在路径跟踪过程中逐渐消除距离误差E1和角度误差E2的目的。进一步，建立路面曲率模型具体过程为：在0到100m的路段上，道路曲率为KL＝0，即直线路段；在100到150m的路段上，道路曲率为KL＝0.005m-1，为曲线路段；在150到250m的路段上，道路曲率为KL＝-0.01m-1，为曲线路段；在250到300m的路段上，道路曲率为KL＝0，即直线路段。进一步，所述预瞄误差模型：其中，u—纵向车速，v—横向车速，wr—横摆角速度，L—预瞄距离，KL—路面曲率，E1—车辆预瞄点处车辆中心线与参考路径的横向距离误差，E2—车辆预瞄点处车辆中心线与参考路径的横向角度误差。进一步，车速划分为三个档次分别为：当车速小于10m/s时，系统自动判定汽车处于低速行驶状态，此时低速控制器进行工作；当车速介于10m/s和20m/s之间时，系统自动判定汽车处于中速行驶状态，此时中速控制器进行工作；当车速高于20m/s时，系统自动判定汽车处于高速行驶状态，此时高速控制器进行工作。进一步，所述横向模糊控制器均采用相同的模糊蕴含关系；模糊控制器以路径跟踪过程中产生的距离误差E1和角度误差E2作为输入，输出为此车速下合适的前轮转角δ；输入横向误差E1的论域为[-4m4m],模糊集合为{NB,NS,ZE,PS,PB}，隶属度函数均采用三角形隶属函数Trimf；输入角度误差E2的论域为[-60°60°]，模糊集合为{NB,NS,ZE,PS,PB}，隶属度函数均采用三角形隶属函数Trimf；输出前轮转角δ的论域为[-30°30°]，模糊集合为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}，隶属度函数均采用三角形隶属函数Trimf。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，由于采用模糊控制器，一方面解决了车辆由于参数不确定、非完整约束以及高度非线性而难以建立准确模型的问题，另一方面极大的增强了系统的抗干扰能力。2.本专利技术所述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，由于基于速度分区设计不同的控制器，这极大增加了控制器在不同车速下的适应能力。附图说明图1为本专利技术的系统框图。图2为本专利技术车辆的运动学模型。图3为本专利技术设计的道路曲率图。图4为本专利技术车辆基于预瞄的误差模型。图5为本专利技术车速划分的流程图。图6为本专利技术三种控制器输入横向距离误差E1的隶属函数曲线。图7为本专利技术三种控制器输入横向角度误差E2的隶属函数曲线。图8为本专利技术三种控制器输出前轮转角δ的隶属函数曲线。图9为本专利技术的实验结果图。图9(a)为初始误差E1＝2.5m,E2＝30°，速度分别为10m/s,15m/s,20m/s时横向距离误差E1随时间变化图；图9(b)为初始误差E1＝2.5m,E2＝30°，速度分别为10m/s,15m/s,20m/s时横向角度误差E2随时间变化图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术的基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，该方法选取适当的方法将车速工况分区为若干区间，并分别设计局部模糊控制器，进而对车辆系统进行控制。这种将车速分区的方法极大提高了系统的控制精度，并能兼顾车辆转向的稳定性。该方法将当前车速划分为三个档次，车速低于10m/s为低速区间，10m/s～20m/s为中速区间，高于20m/s为高速区间。每个局部区间设计独立的模糊控制器。上述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法中，在车速处于低速区间时设计局部模糊控制器，控制器以路径跟踪过程中横向位置误差E1和角度误差E2作为输入，根据设计的模糊控制规则表，输出适当的前轮转角。上述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法中，在车速处于中速区间时设计局部模糊控制器，控制器以路径跟踪过程中横向位置误差E1和角度误差E2作为输入，根据设计的模糊控制规则表，输出适当的前轮转角。上述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法中，在车速处于高速区间时设计局部模糊控制器，控制器以路径跟踪过程中横向位置误差E1和角度误差E2作为输入，根据设计的模糊控制规则表，输出适当的前轮转角。上述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法中，三种局部控制器的输入输出均选用同样的论域、隶属度函数及解模糊方法。而区别体现在模糊控制规则的设计上。本专利技术的具体过程为：第一步，建立车辆模型，以前轮转角δ作为输入，输出纵向车速v及横摆角速度wr。在车辆路径跟踪的过程中，车辆二自由度动力学模型能较好的体现车辆运动情况，在此，我们假设：1.忽略转向系统的影响，直接以前轮转角δ作为输入；2.忽略悬架的作用，即汽车绕z轴的位移，绕y轴的俯仰角，绕x轴的侧倾角均为0；3.汽车沿x轴的前进速度u视为不变；4.汽车侧向加速度<0.4g；5.轮胎侧偏特性处于线性范围。车辆运动学模型如图2所示，可以得到车辆二自由度运动微分方程：化为状态方程形式：式中a11＝(k1+k2)/(mu)a12＝(ak1-bk2)/(mu)-va21＝(ak1-bk2)/(Izu)a22＝(a2k1+b2k2)/(Izu)b11＝k1/mb21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立车辆模型，以前轮转角δ作为输入，输出纵向车速v及横摆角速度wr；可以得到车辆二自由度运动微分方程：

【技术特征摘要】
1.一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立车辆模型，以前轮转角δ作为输入，输出纵向车速v及横摆角速度wr；可以得到车辆二自由度运动微分方程：其中，u—纵向车速，wr—横摆角速度，m—车辆质量，β—车辆质心侧偏角，Iz—车辆转动惯量，δ—前轮转角，v—横向车速，a，b—车辆质心到前后轮距离，k1，k2—前后轮胎的侧偏刚度；第二步，建立路面曲率模型；第三步，建立预瞄误差模型，以车辆路径跟踪过程中提供的纵向车速v及横摆角速度wr以及路面曲率KL作为输入，输出为路径跟踪过程中的距预瞄点的横向距离误差E1及角度误差E2；第四步，将车速划分为低速、中速、高速三个档次，分别设计对应的横向模糊控制器；第五步，三种横向模糊控制器的设计中，均采用路径跟踪过程中产生的横向距离误差E1及角度误差E2作为输入，在不同的模糊控制规则下输出此车速下合适的前轮转角δ；第六步，上一步骤中设计的模糊控制器输出的前轮转角δ，再返回到步骤一中作为车辆二自由度模型的输入，由此形成一个闭环反馈系统，从而达到在路径跟踪过程中逐渐消除距离误差E1和角度误差E2的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于车速分区的多模型横向模糊控制方法，其特征在于，建立路面曲率模型具体过程为：在0到100m的路段上，道路曲率为KL＝0，即直线路段；在100到150m的路段上，道路曲率为KL＝0.005m-1，为曲线路段；在150到250m的路段上，道路曲率为KL＝-0.01m-1，为曲线路段；在250到300m的路...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若尘，魏振东，孙泽宇，孟祥鹏，陈龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32