一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，包括：确定车辆的固有参数和车辆运行过程中的实时参数；利用所述的固有参数和实时参数，首先根据车辆轮胎特性及转角关系建立车辆的横向动力学模型；然后在横向动力学模型的基础上，结合车辆的航向误差、横向偏移，得到车辆的路径跟踪动力学方程；最后基于多胞体方法，建立参数不确定性下的车辆路径跟踪动力学方程；建立车辆的动态输出反馈控制器，然后在参数限制约束下求解控制器状态矩阵；基于求解后的动态输出反馈控制器得到用于车辆跟随系统的控制输出。本发明专利技术使用更为实际的动态输出反馈控制方法，并采用直接横摆力矩与主动前轮轮转向同时介入的控制方式，达到良好的控制效果。好的控制效果。好的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法


[0001]本专利技术涉及智慧交通领域，具体涉及一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法。

技术介绍

[0002]随着汽车的普及与技术的不断进步，汽车为人们的生产与出行提供了极大的便利，但同时也带来了道路交通阻塞与安全上的问题。受社会需求的变化以及汽车工业整体水平的不断提升，由轮毂电机驱动的四轮独立驱动电动汽车以及基于此电动化平台开发的自动驾驶技术成为了汽车行业的研究重点。四轮独立驱动汽车的加/减速以及转向特性可通过四轮驱/制动力的合理分配而的灵活的控制且响应迅速，能够很好的提高汽车的操纵性与稳定性，克服各种极限工况。此外，自动驾驶随着传感器、通讯以及计算机等技术的不断进步而实现路径决策规划、汽车动态控制以及汽车队列跟随等功能，能够有效提高道路利用率以避免道路交通事故的发生并从本质上改变现有的汽车出行方式。
[0003]现有的路径跟踪控制理论多使用多执行器同时介入的协同控制策略，以应对研究人员单一控制技术作用情况下，车辆在极限转向情况下可能存在跟踪误差大、控制稳定性低等问题。然而现有的协同控制研究中考虑的因素各有侧重，尚未对实际的状态观测、系统参数时变与不确定等问题进行全面考虑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在纵向速度时变、轮胎侧偏刚度不确定以及控制器饱和存在的情况下，提供一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，以实现车辆的横向稳定性及轨迹跟踪要求。
[0005]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，包括：
[0007]确定车辆的固有参数和车辆运行过程中的实时参数；
[0008]利用所述的固有参数和实时参数，首先根据车辆轮胎特性及转角关系建立车辆的横向动力学模型；然后在横向动力学模型的基础上，结合车辆的航向误差、横向偏移，得到车辆的路径跟踪动力学方程；最后基于多胞体方法，建立参数不确定性下的车辆路径跟踪动力学方程；
[0009]建立车辆的动态输出反馈控制器，然后在参数限制约束下求解控制器状态矩阵；基于求解后的动态输出反馈控制器得到用于车辆跟随系统的控制输出。
[0010]进一步地，所述车辆的固有参数和车辆运行过程中的实时参数，具体有：
[0011]固有参数：包括车辆前后轴到车辆质心的距离l
f
和l
r
，车辆的预瞄距离l
p
，车辆的质量m，车辆绕z轴的惯性矩I
z
，车辆前轮和后轮的侧偏刚度的基准值C
0yf
和C
0yr
；车辆的最大外部横摆力矩ΔM
zmax
，最大前轮转向角δ
max
；最大采样间隔h，调节系数θ；
[0012]实时参数：通过车载传感器获得的期望路径点处的曲率ρ(σ)，通过车载速度传感
器和陀螺仪获得车辆的纵向速度V
x
和横向速度V
y
以及横摆角速度r，通过车载处理器获得车辆与预期路径的横向偏移e
d
和航向误差ψ。
[0013]进一步地，所述在横向动力学模型的基础上，结合车辆的航向误差、横向偏移，得到车辆的路径跟踪动力学方程，表示为：
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，V
x
和V
y
表示车辆纵轴和横轴的速度，ψ和e
d
表示车辆与预期路径的航向误差和横向偏移，l
p
为车辆的预瞄距离，r为横摆角速度，ψ
d
为汽车于期望路径的航向角，ψ
a
为汽车于实际路径的航向角，ρ(σ)为期望路径上点T处的曲率，C
yf
和C
yr
分别表示车辆前轮和后轮的侧偏刚度系数，m为车辆的质量，l
f
和l
r
为车辆前后轴到车辆质心的距离，δ为车辆的前轮转向角，I
z
为车辆绕z轴的惯性矩，ΔM
z
为外界施加的横摆力矩，参数上标圆点表示其一阶导数。
[0019]进一步地，车辆前轮和后轮的侧偏刚度系数表示为：
[0020]C
yf
＝C
0yf
+ΔC
yf
＝C
0yf
+η
f
ΔC
fm
[0021]C
yr
＝C
0yr
+ΔC
yr
＝C
0yr
+η
r
ΔC
rm
[0022]其中，C
0yf
,C
0yr
为前后轮胎侧偏刚度的基准值；ΔC
yf
,ΔC
yr
为前后轮胎侧偏刚度的不确定部分；ΔC
fm
与ΔC
rm
分别是前后轮胎侧偏刚度不确定部分的基准值；η
f
,η
r
∈[
‑
1,1]为不确定的可变系数；此外，以上参数满足以下关系：
[0023][0024][0025]其中，C
yfmax
,C
yfmin
分别为前轮侧偏刚度系数的最大值与最小值；C
yrmax
和C
yrmin
为后轮侧偏刚度系数的最大值与最小值。
[0026]进一步地，所述基于多胞体方法，建立参数不确定性下的车辆路径跟踪动力学方程，包括：
[0027]汽车行驶过程中，其纵向车速V
x
会在一定范围内不断变化，取V
x
为纵向车速最小值，为纵向车速最大值，则纵向车速满足选取速度相关辅助参数为ρ＝[ρ1ρ2]，其中，
[0028]选取多胞体M
+
Q
+
S
+
R
+
对辅助参数ρ进行描述，所有ρ可能的取值都位于矩形M
+
Q
+
S
+
R
+
区域内，顶点坐标为：
[0029][0030]ρ的所有可能取值可以通过矩形多胞体M
+
Q
+
S
+
R
+
的四个顶点与对应的系数α
i
,i＝1,2,3,4进行描述，系数α
i
可表示为：
[0031]α1＝ab,α2＝a(1
‑
b),α3＝b(1
‑
a),α4＝(1
‑
a)(1
‑
b)
[0032]其中：
[0033][0034]基于以上描述，选取最大外部横摆力矩ΔM
z
与前轮转向角δ作为控制输入以实现路径跟踪，则车辆路径跟踪动力学方程可写为：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，其特征在于，包括：确定车辆的固有参数和车辆运行过程中的实时参数；利用所述的固有参数和实时参数，首先根据车辆轮胎特性及转角关系建立车辆的横向动力学模型；然后在横向动力学模型的基础上，结合车辆的航向误差、横向偏移，得到车辆的路径跟踪动力学方程；最后基于多胞体方法，建立参数不确定性下的车辆路径跟踪动力学方程；建立车辆的动态输出反馈控制器，然后在参数限制约束下求解控制器状态矩阵；基于求解后的动态输出反馈控制器得到用于车辆跟随系统的控制输出。2.根据权利要求1所述的基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，其特征在于，所述车辆的固有参数和车辆运行过程中的实时参数，具体有：固有参数：包括车辆前后轴到车辆质心的距离l
f
和l
r
，车辆的预瞄距离l
p
，车辆的质量m，车辆绕z轴的惯性矩I
z
，车辆前轮和后轮的侧偏刚度的基准值C
0yf
和C
0yr
；车辆的最大外部横摆力矩ΔM
zmax
，最大前轮转向角δ
max
；最大采样间隔h，调节系数θ；实时参数：通过车载传感器获得的期望路径点处的曲率ρ(σ)，通过车载速度传感器和陀螺仪获得车辆的纵向速度V
x
和横向速度V
y
以及横摆角速度r，通过车载处理器获得车辆与预期路径的横向偏移e
d
和航向误差ψ。3.根据权利要求1所述的基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，其特征在于，所述在横向动力学模型的基础上，结合车辆的航向误差、横向偏移，得到车辆的路径跟踪动力学方程，表示为：学方程，表示为：学方程，表示为：学方程，表示为：其中，V
x
和V
y
表示车辆纵轴和横轴的速度，ψ和e
d
表示车辆与预期路径的航向误差和横向偏移，l
p
为车辆的预瞄距离，r为横摆角速度，ψ
d
为汽车于期望路径的航向角，ψ
a
为汽车于实际路径的航向角，ρ(σ)为期望路径上点T处的曲率，C
yf
和C
yr
分别表示车辆前轮和后轮的侧偏刚度系数，m为车辆的质量，l
f
和l
r
为车辆前后轴到车辆质心的距离，δ为车辆的前轮转向角，I
z
为车辆绕z轴的惯性矩，ΔM
z
为外界施加的横摆力矩，参数上标圆点表示其一阶导数。4.根据权利要求3所述的基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，其特征在于，车辆前轮和后轮的侧偏刚度系数表示为：C
yf
＝C
0yf
+ΔC
yf
＝C
0yf
+η
f
ΔC
fm
C
yr
＝C
0yr
+ΔC
yr
＝C
0yr
+η
r
ΔC
rm
其中，C
0yf
,C
0yr
为前后轮胎侧偏刚度的基准值；ΔC
yf
,ΔC
yr
为前后轮胎侧偏刚度的不确定部分；ΔC
fm
与ΔC
rm
分别是前后轮胎侧偏刚度不确定部分的基准值；η
f
,η
r
∈[
‑
1,1]为不确
定的可变系数；此外，以上参数满足以下关系：定的可变系数；此外，以上参数满足以下关系：其中，C
yfmax
,C
yfmin
分别为前轮侧偏刚度系数的最大值与最小值；C
yrmax
和C
yrmin
为后轮侧偏刚度系数的最大值与最小值。5.根据权利要求1所述的基于增益调度采样控制的车辆路径跟踪方法，其特征在于，所述基于多胞体方法，建立参数不确定性下的车辆路径跟踪动力学方程，包括：汽车行驶过程中，其纵向车速V
x
会在一定范围内不断变化，取V
x
为纵向车速最小值，为纵向车速最大值，则纵向车速满足选取速度相关辅助参数为ρ＝[ρ1ρ2]，其中，选取多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李攀硕，翁智祥，茅杏妍，罗佳维，周琪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：