一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法技术

本发明专利技术属于漂移控制技术领域，公开了一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法，包括：S1.计算车辆的稳态漂移域及稳态漂移平衡点，并基于所述稳态漂移域将车辆的漂移过程分解为接近稳态漂移域的过渡阶段和进入稳态漂移域的稳态阶段；S2.基于二自由度车辆模型设计所述过渡阶段的过渡漂移控制器，并基于所述过渡漂移控制器控制车辆接近稳态漂移域，所述过渡漂移控制器包括纵向PID控制器和横向LQR控制器；S3.判断车辆当前状态量偏差是否进入稳态漂移域，是进入步骤S4，否返回步骤S2；S4.基于三自由度车辆模型设计所述稳态阶段的稳态漂移LQR控制器，控制车辆跟踪稳态漂移平衡点；综上，基于切换控制能够实现车辆漂移的闭环控制，具有一定的抗干扰能力。一定的抗干扰能力。一定的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法


[0001]本专利技术属于漂移控制
，具体涉及一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法。

技术介绍

[0002]随着汽车产业的发展和系统理论的不断成熟，汽车正向智能化和无人化方向发展。无人驾驶车辆的紧急避险能力和对各种工况的适应能力已经引起了人们的广泛关注，并成为自动驾驶新的研究方向。
[0003]汽车在漂移时，车辆处于极限工况，可以快速改变车身航向，避免或减轻碰撞，因此通过研究漂移控制提高自动驾驶车辆的紧急避险能力是一重要的研究方向。但是，目前的车辆漂移控制存在如下问题：
[0004]有较强的非线性，对于车辆漂移过程的建模非常困难，且横、纵向存在复杂的耦合性，控制难度较大：在漂移时后轮处于附着圆极限，后轮的侧向力和纵向力受附着圆极限的约束，此时车辆的横纵向存在复杂的耦合关系。目前的技术方案多数采用开环和闭环控制相结合的方式，引入专业驾驶员的经验进行开环控制，这一方案的抗扰能力弱，且需要依赖经验进行控制器设计。

技术实现思路

[0005]鉴于此，为解决上述
技术介绍
中所提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法，包括：
[0007]S1.计算车辆的稳态漂移域α
y
∈R
+
及域内的稳态漂移平衡点X
eq
∈R
n
，R
+
表示正实数，R
n
表示n维向量，并基于所述稳态漂移域，将车辆的漂移过程分解为接近稳态漂移域的过渡阶段和进入稳态漂移域的稳态阶段；
[0008]S2.基于二自由度车辆模型设计所述过渡阶段的过渡漂移控制器，并基于所述过渡漂移控制器控制车辆接近稳态漂移域，所述过渡漂移控制器包括纵向PID控制器和横向LQR控制器，且：当车辆的当前纵向速度V
x
小于稳态漂移平衡点的期望纵向速度时，令车辆的当前前轮转角δ＝0，并通过所述纵向PID控制器控制车辆的纵向速度由当前纵向速度V
x
接近期望纵向速度当车辆的当前纵向速度V
x
等于平衡点的期望纵向速度时，通过所述横向LQR控制器控制车辆的前轮转角由当前前轮转角δ接近平衡点的期望前轮转角δ
eq
；
[0009]S3.判断车辆当前状态量偏差Δx是否进入稳态漂移域α
y
，是进入步骤S4，否返回步骤S2；
[0010]S4.基于三自由度车辆模型设计所述稳态阶段中的稳态漂移LQR控制器，控制车辆状态量跟踪稳态漂移平衡点，基于所述稳态漂移LQR控制器使车辆的当前纵向速度V
x
和当
前前轮转角δ保持为平衡点的期望纵向速度和期望前轮转角δ
eq
。
[0011]优选的，在所述步骤S1的计算车辆稳态漂移平衡点时，包括：
[0012]建立非线性车辆动力学模型，且车辆动力学模型自由度为三自由度以上；
[0013]将期望漂移的纵向速度和期望前轮转角δ
eq
输入到所述非线性车辆动力学模型中求解得到稳态漂移平衡点X
eq
。
[0014]优选的，当建立基于三自由度车辆模型的非线性车辆动力学方程时，包括：
[0015]建立三自由度车辆模型：建立三自由度车辆模型：
[0016]基于三自由度车辆模型和非线性系统，计算车辆的稳态漂移平衡点X
eq
：：则其中m为车辆质量、L
f
为车辆质心与前轴距离、和δ
eq
分别为稳态漂移平衡点处的前轮侧向力、后轮侧向力、后轮纵向力、质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和前轮转角值。
[0017]优选的，在所述步骤S2中，所述二自由度车辆模型表达为：
[0018]其中，β
′
，r
′
，V
′
x
和F
′
yF
分别是二自由度模型下的质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和前轮侧向力，为通过线性模型计算得到的后轮侧向力。
[0019]优选的，在所述步骤S2中，基于二自由度车辆模型构建所述横向LQR控制器时，包括：
[0020]以前轮侧向力F
′
yF
为标称控制量，构建二自由度线性偏差模型：Δx
′
＝A
′
Δx
′
+B
′
Δu
′
；其中Δx
′
为线性偏差模型的状态变量，且Δx
′
＝[Δβ
′
，Δr
′
]T＝[x
′‑
x
′
eq
]，x
′
＝[β
′
，r
′
]T
，x
′
eq
＝[β
eq
，r
eq
]T；Δu
′
为线性偏差模型的控制变量，目u
′
是车辆二自由度线性模型的控制量，A
′
和B
′
为模型参数，且
[0021]定义横向LQR控制器的二次型优化函数：定义横向LQR控制器的二次型优化函数：其中Q和R分别为状态变量和控制变量的权重矩阵，且Q＝diag[w
Δβ
，w
Δr
]，w
Δβ
，w
Δr
，为权重系数
[0022]定义二自由度线性偏差模型的控制律为：Δu
′
＝
‑
K
′
z
Δx
′
；其中K
′
z
为反馈矩阵，且K
′
z
＝
‑
R
‑1B
′
T
P
′
，P
′
通过求解方程P
′
A
′
+A
′
T
P
′‑
P
′
B
′
R
‑1B
′
T
P
′
+Q＝0得到；
[0023]根据反馈矩阵K
′
z
设计前馈和反馈相结合的横向LQR控制器u
′
＝u
′
FF
+Δu
′
；其中：u
′
＝F
′
yF
为标称控制量；u
′
FF
为前馈控制量，且
[0024]将所述前轮转角的标称控制量δ
′
输出给车辆的执行器。
[0025]优选的，在所述步骤S1和S3中：稳态漂移域α...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆稳态漂移的闭环切换控制方法，其特征在于，包括：S1.计算车辆的稳态漂移域α
y
∈R
+
及域内的稳态漂移平衡点X
eq
∈R
n
，R
+
表示正实数，R
n
表示n维向量，并基于所述稳态漂移域，将车辆的漂移过程分解为接近稳态漂移域的过渡阶段和进入稳态漂移域的稳态阶段；S2.基于二自由度车辆模型设计所述过渡阶段的过渡漂移控制器，并基于所述过渡漂移控制器控制车辆接近稳态漂移域，所述过渡漂移控制器包括纵向PID控制器和横向LQR控制器，且：当车辆的当前纵向速度V
x
小于稳态漂移平衡点的期望纵向速度时，令车辆的当前前轮转角δ＝0，并通过所述纵向PID控制器控制车辆的纵向速度由当前纵向速度V
x
接近期望纵向速度当车辆的当前纵向速度V
x
等于平衡点的期望纵向速度时，通过所述横向LQR控制器控制车辆的前轮转角由当前前轮转角δ接近平衡点的期望前轮转角δ
eq
；S3.判断车辆当前状态量偏差Δx是否进入稳态漂移域α
y
，是进入步骤S4，否返回步骤S2；S4.基于三自由度车辆模型设计所述稳态阶段中的稳态漂移LQR控制器，控制车辆状态量跟踪稳态漂移平衡点，基于所述稳态漂移LQR控制器使车辆的当前纵向速度V
x
和当前前轮转角δ保持为平衡点的期望纵向速度和期望前轮转角δ
eq
。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S1的计算车辆稳态漂移平衡点时，包括：建立非线性车辆动力学模型，且车辆动力学模型自由度为三自由度以上；将期望漂移的纵向速度和期望前轮转角δ
eq
输入到所述非线性车辆动力学模型中求解得到稳态漂移平衡点X
eq
。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当建立基于三自由度车辆模型的非线性车辆动力学方程时，包括：建立三自由度车辆模型：建立三自由度车辆模型：基于三自由度车辆模型和非线性系统，计算车辆的稳态漂移平衡点X
eq
：：则其中m为车辆质量、L
f
为车辆质心与前轴距离、β
eq
、r
eq
、和δ
eq
分别为稳态漂移平衡点处的前轮侧向力、后轮侧向力、后轮纵向力、质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和前轮转角值。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述二自由度车辆模型表达为：其中，β
′
，r
′
，V
′
x
和F
′
yF
分别是二自由度模型下的质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和前轮侧向力，为通过线性
模型计算得到的后轮侧向力。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，基于二自由度车辆模型构建所述横向LQR控制器时，包括：以前轮侧向力F
′
yF
为标称控制量，构建二自由度线性偏差模型：Δx
′
＝A
′
Δx
′
+B
′
Δu
′
；其中Δx
′
为线性偏差模型的状态变量，且Δx
′
＝[Δβ
′
，Δr
′
]
T
＝[x
′‑
x
′
eq
]，x
′
＝[β
′
，r
′
]
T
，x
′
eq
＝[β
eq
，r
eq
]
T
；Δu
′
为线性偏差模型的控制变量，且u
′
是车辆二自由度线性模型的控制量，A
′
和B
′
为模型参数，且定义横向LQR控制器的二次型优化函数：定义横向LQR控制器的二次型优化函数：其中Q和R分别为状态变量和控制变量的权重矩阵，且Q＝diag[w
Δβ
，w
Δr
]，w
Δβ
，w
Δr
，为权重系数；定义二自由度线性偏差模型的控制律为：Δu
′
＝
‑
K
′
z
Δx
′
；其中K
′
z
为反馈矩阵，且K
′
z
＝
‑
R
‑1B
′
T
P
′
，P
′
通过求解方程P
′
A
′
+A
′
T
P
′‑
P
′
B
′
R
‑1B
′
T

【专利技术属性】
技术研发人员：于树友，施竹清，黄绍文，陈虹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：