基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，包括上层控制器和下层控制器，建立包括横向运动、横摆运动和纵向运动的三自由度车辆动力学模型，上层控制器包括横向路径控制器和纵向速度跟踪控制器，横向路径控制器用于计算期望前轮转角和期望后轮转角，纵向速度跟踪控制器用于计算期望加速度，下层控制器通过转向系统和驱动装置实现上层控制器的输出。本发明专利技术将常用的低成本车载传感器与数学模型进行结合，从而估计得到车辆横摆角速度和纵向速度；在横向LQR控制器中施加横摆稳定性控制以后，路径跟踪精度极大提高，横摆角速度和质心侧偏角大幅度降低，一定程度改善了驾驶员的乘坐舒适性。定程度改善了驾驶员的乘坐舒适性。定程度改善了驾驶员的乘坐舒适性。

【技术实现步骤摘要】
基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统


[0001]本专利技术涉及无人驾驶车辆控制
，尤其涉及考虑到车辆横摆的自动控制系统。

技术介绍

[0002]汽车保有量的急剧增长引发了一系列的社会问题，交通堵塞现象比以往更加严重，降低了人们的出行效率。自动驾驶车辆能够在无需人工干预的情况下，安全高效地完成提前设定的驾驶任务，从而减少由于驾驶员误操作而造成的交通事故和经济损失。当前的车辆自动控制系统或算法存在以下技术缺陷：
[0003]首先，对于轨迹跟踪控制，目前，现有文献主要针对单一的横向控制或者纵向控制，忽略了汽车横向和纵向运动之间的耦合关系，在车辆运动过程中，横向和纵向是相互影响、相互耦合的；
[0004]其次，车辆在行驶过程中，横摆角速度和纵向速度会随时间变化，并且很难由常见的车载传感器测得，而现有文献主要将这些参数视为已知的，这将会在一定程度上影响控制器效果，因此车辆状态参数的不确定性也是一个亟待解决的问题；
[0005]最后，当车辆在附着系数较低的路面(比如冰雪路面)行驶时，由于轮胎侧向力达到饱和，而造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，包括上层控制器和下层控制器，其特征在于：建立包括横向运动、横摆运动和纵向运动的三自由度车辆动力学模型，上层控制器包括横向路径控制器和纵向速度跟踪控制器，横向路径控制器用于计算期望前轮转角和期望后轮转角，纵向速度跟踪控制器用于计算期望加速度，下层控制器通过转向系统和驱动装置实现上层控制器的输出。2.根据权利要求1所述基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，其特征在于：上层控制器中还包括扩展卡尔曼观测器，用于估计纵向车速和横摆角速度。3.根据权利要求2所述基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，其特征在于：参考轨迹通过五次多项式生成，参考轨迹的参数包括：道路曲率k
r
，道路航向角θ
r
，参考速度v
r
，参考轨迹的横向坐标y
r
，参考轨迹的纵向坐标x
r
。4.根据权利要求3所述基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，其特征在于车辆动力学模型的动力学微分方程：式中，m表示车辆质量，l
f
和l
r
分别是车辆的前后轴距，v
x
和v
y
分别表示沿X轴和Y轴的车辆质心处的速度V的速度分量，a
x
是车辆的纵向加速度；是车辆的横摆角；是车辆的横摆角速率；β是质心侧偏角，表示质心当前速度相对于汽车纵轴的角度；δ
f
为前轮转向角；α
f
和α
r
分别表示前轮胎和后轮胎的侧偏角；C
af
和C
ar
分别表示前轮胎和后轮胎的侧偏刚度；F
yf
和F
yr
分别表示前轮胎和后轮胎的侧向力；I
z
是车辆绕Z轴的转动惯量；。5.根据权利要求4所述基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，其特征在于：车辆横摆角速度和纵向速度v
x
的状态方程和观测方程为：式中，是车辆的横摆角速率；a
x
是车辆的纵向加速度；a
y
是车辆的横向加速度；利用扩展卡尔曼滤波估计纵向车速和横摆角速率。6.根据权利要求5所述基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统，其特征在于：纵向速度跟踪控制器基于MPC设计，横向路径控制器包括跟踪误差模型、基于LQR的横向控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁腾飞，赵容晨，谢海锋，
申请(专利权)人：贵州师范大学，
类型：发明
国别省市：