纵横向解耦合的车辆编队队形保持跟踪控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种纵横向解耦合的车辆编队队形保持跟踪控制方法及装置，将车辆纵横向控制解耦合，避免相互干扰，提高控制精度和稳定性，解耦合后的车辆控制系统可以进行模块化设计，便于调试和维护，提高系统的可靠性。同时，不依赖于前方车辆，可根据车道线、预设行驶路径等将编队控制任务进行时空分解，得到空间上的路径跟随任务和时间上的协调同步任务，通过单独对每辆车实施横向和纵向控制，使其与车道线或预先设定的行驶路径保持一定的距离和角度，进而完成车辆编队队形的保持。可以减少各车辆之间的交换数据量，适合通信受限环境。若短时间内编队通信链路出现故障或个别车辆失联，其余车辆仍可沿预设路径进行行驶，不至于处于混乱状态。于处于混乱状态。于处于混乱状态。

【技术实现步骤摘要】
纵横向解耦合的车辆编队队形保持跟踪控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及车辆编队控制
，特别涉及一种纵横向解耦合的车辆编队队形保持跟踪控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着能源危机的临近和环境污染加剧，电动汽车作为一种清洁、高效、低碳的交通方式，在未来得到了广泛的关注和发展。而分布式驱动技术可以有效地解决电动汽车在城市道路上拥堵、能量回收等问题，分布式驱动电动汽车可以提高车辆的动力性能和燃料效率、提高车辆的稳定性和安全性以及可以实现更高程度的自主化，所以分布式驱动电动汽车在未来的发展中具有非常好的应用前景。
[0003]车辆编队控制技术可以提高车辆行驶过程中的安全性，以及可以通过缩减车辆与车辆间的距离，使车辆编队内部车辆间紧密联系，降低道路流量，提高道路利用率。同时，当车辆以车辆编队的形式行驶时，会降低每辆车的阻力，从而提高燃料的效率。所以，车辆编队技术具有较高的经济性和社会性。车辆编队控制技术包括对车辆的组队、队形以及在行驶过程中的障碍物规避等。在车辆进行组队并成形的过程中，需要每个车辆彼此之间的通信、定位及算法控制等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纵横向解耦合的车辆编队队形保持跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立车辆的动力学模型；针对所述动力学模型，基于Frenet坐标系将对车辆的控制解耦成横向控制和纵向控制单独进行；所述横向控制的具体实现方式如下：根据车辆间的横向误差以及航向误差信息，建立横向误差微分方程，并进行离散化，转化为带约束的二次型优化问题；通过求解该二次型优化问题，得到车辆前轮转角输入，完成车辆的横向控制；所述纵向控制的具体实现方式如下：设计分层控制器：上层控制器通过前后两辆车之间的距离差、速度差信息，建立状态空间模型，并在此基础上通过模型预测控制算法，得到车辆的期望加速度；下层控制器根据分布式驱动电动汽车的逆纵向动力学模型以及上层控制器得到的期望加速度，得到车辆总的驱动力矩，并以车辆驱动系统的总的驱动效率为性能指标进行力矩分配，得到各轮胎上的不同力矩，完成车辆的纵向控制。2.根据权利要求1所述的车辆编队队形保持跟踪控制方法，其特征在于，所述建立车辆的动力学模型的步骤，包括：在车身坐标系下，分布式驱动电动汽车的动力学方程描述如下：在车身坐标系下，分布式驱动电动汽车的动力学方程描述如下：其中，m是车辆的质量，v
x
和v
y
是车辆的横向速度和纵向速度，是车辆的横摆角，C
αf
和C
αr
是车辆前轴轮胎的侧偏刚度和后轴轮胎的侧偏刚度，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示车辆质心到后轴的距离，δ是车辆的前轮转角，I是车辆绕Z轴的转动惯量；定义此时将上述动力学方程转换成状态空间表达式：设u＝δ，则上述状态空间表达式可写成3.根据权利要求2所述的车辆编队队形保持跟踪控制方法，其特征在于，所述根据车辆间的横向误差以及航向误差信息，建立横向误差微分方程，并进行离散化，转化为带约束的二次型优化问题的步骤，包括：
设定两车之间期望保持的横向距离为d0，令横向误差e
d
＝d
‑
d0，航向误差其中，d表示横向距离，θ
r
表示前方车辆的航向角，θ表示后方车辆的航向角，同时带入车辆动力学方程中，可得横向误差微分方程如下：其中，v
2x
表示后方车辆速度在车身坐标系下沿x轴方向的分速度；上式可简写为：其中，最后一项可通过引入前馈控制消除，可先忽略，则横向误差微分方程可简写为：将横向误差微分方程进行离散化处理，可得：其中，dt为采样周期；定义代价函数：其中，Q表示性能指标函数对于状态量的权重矩阵，R为控制量的权重矩阵；此时，横向控制问题可以转化为带约束的二次型优化问题，即考虑在车辆动力学模型的约束下，找到控制量u，使得代价函数J最小。4.根据权利要求3所述的车辆编队队形保持跟踪控制方法，其特征在于，所述通过求解该二次型优化问题，得到车辆前轮转角输入的步骤，包括：采用离散LQR的方法对二次型优化问题进行求解，利用拉格朗日乘子法将约束带入代价函数中，得到一新的代价函数如下：对上式进行递推，可得黎卡提Riccati方程为：其中，P(k)表示k时刻的常数矩阵；控制输入u为：u(k)＝
‑
α(k)e
rr
(k)其中，5.根据权利要求4所述的车辆编队队形保持跟踪控制方法，其特征在于，所述上层控制器通过前后两辆车之间的距离差、速度差信息，建立状态空间模型，并在此基础上通过模型
预测控制算法，得到车辆的期望加速度的步骤，包括：构建车辆纵向运动过程的微分方程如下：构建车辆纵向运动过程的微分方程如下：构建车辆纵向运动过程的微分方程如下：构建车辆纵向运动过程的微分方程如下：构建车辆纵向运动过程的微分方程如下：其中，表示车辆相对于惯性参考点的纵向位置，v表示车辆的速度，a表示车辆的加速度，η表示电动机的控制输入，C
d
表示气动阻力系数，m表示车辆的质量，τ(v)表示车辆发动机的时间常数，d
m
表示车辆的机械阻力；采用下式控制率对车辆纵向运动非线性模型反馈线性化：η＝ma0+C
d
v2+d
m
+2τ(v)C
d
va其中，a0表示上层控制器得出的期望加速度；进...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑世祺，原一介，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：