一种基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，属于自动驾驶汽车路径跟踪控制技术领域。所述方法包括：构建汽车动力学模型、车轮动力学模型以及UniTire轮胎模型；对汽车动力学模型进行降维，构建汽车动力学降维模型；根据构建的汽车动力学降维模型、车轮动力学模型以及UniTire轮胎模型，构建基于降维模型的一体化MPC路径跟踪控制器；其中，在一体化MPC路径跟踪控制器中加入了轮胎力优化指标；根据构建的一体化MPC路径跟踪控制器，对路径跟踪控制问题进行求解，实现路径跟踪控制。采用本发明专利技术，能够避免极限工况下因轮胎力过度利用导致车辆侧滑及现有的基于MPC的转向和制动一体化路径跟踪控制方法计算负担重、实时性差的问题。实时性差的问题。实时性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶汽车路径跟踪控制
，特别是指一种基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]过去十年中，全球交通拥堵和道路安全状况持续恶化。在我国，交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20％，相当于国内生产总值(GDP)的5
‑
8％。另一方面，交通事故每年在全世界造成约135万人死亡和约1.85万亿美元的经济损失。缓解交通拥堵、减少交通事故、提高道路交通安全已成为世界各国亟待解决的问题。
[0003]近年来，自动驾驶技术的快速发展为解决这些问题带来了希望。路径跟踪控制作为自动驾驶的最后一环，对实现汽车的自主驾驶和行驶稳定性起着至关重要的作用。迄今为止，路径跟踪控制已经得到了广泛的研究。然而，由于交通环境和车辆系统的复杂性，路径跟踪控制仍然面临许多挑战。特别是极限工况下的避撞机动，由于车辆系统和轮胎系统的强非线性和耦合特，对路径跟踪控制提出了更高要求。目前，路径跟踪控制主要通过转向控制实现。然而，在极限工况下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：构建汽车动力学模型、车轮动力学模型以及UniTire轮胎模型；对汽车动力学模型进行降维，构建汽车动力学降维模型；根据构建的汽车动力学降维模型、车轮动力学模型以及UniTire轮胎模型，构建基于降维模型的一体化MPC路径跟踪控制器；其中，在一体化MPC路径跟踪控制器中加入了轮胎力优化指标；根据构建的一体化MPC路径跟踪控制器，对路径跟踪控制问题进行求解，实现路径跟踪控制。2.根据权利要求1所述的基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，其特征在于，构建的汽车动力学模型表示为：征在于，构建的汽车动力学模型表示为：征在于，构建的汽车动力学模型表示为：其中，V
x
为纵向速度，V
y
为侧向速度，为侧向加速度，γ和都表示为横摆角速度，为横摆角加速度，F
x,ij
和F
y,ij
分别为纵向和侧向轮胎力，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮，δ
f
为前轮转角，m为汽车质量，l
f
和l
r
分别是汽车质心至前、后轴的距离，w为轮距，I
z
为横摆转动惯量，为横摆角，为汽车在大地坐标系中的侧向速度。3.根据权利要求1所述的基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，其特征在于，构建的汽车动力学模型表示为：其中，J
z
为车轮转动惯量，表示车轮旋转角加速度，R
e,ij
为有效滚动半径，F
x,ij
为纵向轮胎力，T
b,ij
为制动力矩，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl、fr、rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮。4.根据权利要求1所述的基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，其特征在于，构建的UniTire轮胎模型表示为：征在于，构建的UniTire轮胎模型表示为：
其中，F
x
和F
y
分别为F
x,ij
、F
y,ij
的简写形式，F
x,ij
和F
y,ij
分别为纵向和侧向轮胎力，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮，F为无量纲总切力，E为综合曲率因子，E
x
和E
y
分别为纵向力和侧向力曲率因子，φ为相对综合滑移率，φ
n
为修正后的相对综合滑移率，λ为总切力方向因子，φ
x
和φ
y
分别为相对纵向和侧向滑移率，μ
x
和μ
y
分别为纵向和侧向摩擦系数，μ
x0
和μ
y0
分别为稳态纵向和侧向摩擦系数，v
sx
和v
sy
分别为轮胎相对地面的纵向和侧向滑移速度，v为车轮中心速度，K
x
和K
y
分别为纵滑刚度和侧偏刚度；S
x
和S
y
分别为UniTire坐标系中的轮胎纵向和侧向滑移率，κ和α分别为ISO轮胎坐标系中的轮胎纵向滑移率和侧偏角，F
z
为F
z,ij
的简写形式，F
z
、F
z0
和F
zn
分别表示轮胎载荷、额定轮胎载荷和无量纲轮胎载荷；η、pl1、pl2、pl3、pu0、pu1、pu2、pu3、pe1、pe2、pk1、pk2、pk3、φ
c
、sl1、sl2、sl3、su0、su1、su2、su3、se1、se2、sk1、sk2和sk3为UniTire轮胎模型的辨识参数。5.根据权利要求1所述的基于降维模型的转向和制动一体化路径跟踪控制方法，其特征在于，所述对汽车动力学模型进行降维，构建汽车动力学降维模型包括：计算剩余可用轮胎力：其中，表示当前时刻的剩余可用轮胎力，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl、fr、rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮；μF
z,ij
表示轮胎附着力，μ为μ
ij
的简写形式，μ表示路面摩擦系数，F
z
为F
z,ij
的简写形式，F
z
表示轮胎载荷，和分别表示当前时刻的横向和纵向轮胎力；根据得到的剩余可用轮胎力，计算剩余纵向可利用轮胎力：其中，表示当前时刻的剩余纵向可用轮胎力，为简写形式，确定前、后轮胎的剩余可用纵向轮胎力之比：其中，下标fj＝fl、fr，下标rj＝rl、rr，fl、fr、rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮；对式(19)进行如下近似：定义后轮胎的剩余可用纵向轮胎力表示为：对R
j
进行修正：
其中，为修正后的R
j
，的最大值为F
z,fj
/F
z,fj
，的最小值为F
z,fj
/F
z,fj
；基于式(21)，得到在任意时刻，后轮胎的纵向轮胎力为：将式(23)代入构建的汽车动力学模型中，得到汽车动力学降维模型：其中，V
x
为纵向速度，V
y
为侧向速度，为侧向加速度，γ表示为横摆角速度，为横摆角加速度，F
x,ij
和F
y...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，孟宇，刘立，顾青，郑淏清，白国星，董国新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：