一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，包括：获取车辆及环境信息；根据所述车辆及环境信息，生成参考路径；根据所述参考路径，计算期望航向角速度和期望横摆角加速度；根据计算的所述期望航向角速度和所述期望横摆角加速度，基于逆动力学模型计算所述车辆的前轴侧向力

【技术实现步骤摘要】
一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及车辆自动驾驶控制
，尤其涉及一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法及装置
。

技术介绍

[0002]附着极限工况是引发致命交通事故的主要原因之一
。
车辆在高速过弯
、
受侧向碰撞
、
冰雪路面行驶或者紧急避障时容易进入附着极限工况
。
在附着极限工况下，由于维持车辆运动所需要的力达到甚至超越路面所能提供的极限附着力，车辆容易引发失稳失控，造成严重的交通事故
。
[0003]本申请的专利技术人在研究中发现，现有的自动驾驶车辆的车辆路径控制方法通常是基于线性二自由度车辆动力学模型设计，设计的路径跟踪控制器适用于车辆的侧向加速度小于
0.4g
，轮胎侧偏特性处于线性范围的工况，并不涵盖轮胎侧偏特性达到饱和区的工况，也就是无法满足附着极限工况下的路径跟踪控制的需求
。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法及装置，能够针对前轮转向后轮驱动的车辆，满足后轴轮胎力达到附着极限时的车辆路径跟踪控制的需求，从而拓展自动驾驶车辆的路径跟踪控制器的使用工况，提高车辆在复杂交通环境中的行驶安全性
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，所述方法包括：
[0007]S11
，获取车辆及环境信息；
[0008]S12
，根据所述车辆及环境信息，生成参考路径；
[0009]S13
，根据所述参考路径，计算期望航向角速度和期望横摆角加速度；
[0010]S14
，根据计算的所述期望航向角速度和所述期望横摆角加速度，基于逆动力学模型计算所述车辆的前轴侧向力
、
期望后轴侧向力和期望后轴驱动力；
[0011]S15
，计算需要向所述车辆施加的期望前轮转角和期望后轴驱动转矩；
[0012]S16
，根据计算的所述期望前轮转角和所述期望后轴驱动转矩，分别生成相应的控制指令，以供将所述期望前轮转角和所述期望后轴驱动转矩分别施加于所述车辆
。
[0013]在本申请的一种实现方式中，所述获取车辆及环境信息，包括：
[0014]获取车辆参数
、
车辆状态及环境参数；
[0015]所述车辆参数，包括车辆质量
m、
车辆横摆转动惯量
I
z
、
车辆前轴距
a、
车辆后轴距
b、
车轮半径
r
w
，以及车辆前轮轮胎力特性二维表格
F
y
＝
f(
α
,F
z
)
，其中，
α
为轮胎侧偏角，
F
z
为轮胎垂直载荷；
[0016]所述车辆状态，包括车辆质心在全局坐标系中的位置
(X,Y)、
车辆纵向和横向速度
(v
x
,v
y
)、
车辆横摆角速度
r、
车辆横摆角车辆前后轴垂直载荷
(F
zf
,F
zr
)
，以及车辆前轮转角
δ
f
；
[0017]所述环境参数包括路面附着系数
μ
。
[0018]在本申请的一种实现方式中，生成的所述参考路径，包括全局坐标系下参考路径的坐标
(X
ref
,Y
ref
)、
参考航向角
φ
ref
、
参考曲率
κ
ref
，以及参考质心侧偏角
β
ref
。
[0019]在本申请的一种实现方式中，所述计算期望航向角速度，包括：
[0020]S311
：计算车辆横向位置误差
e
d
：
[0021][0022]其中，为车辆质心在全局坐标系中的坐标，为车辆质心在全局坐标系中的坐标，为车辆质心在参考路径上的投影点在全局坐标系中的坐标，参考路径上的投影点在全局坐标系中的坐标，为投影点处的法向量，
[0023]S312
：计算虚拟控制输入
φ
syn
：
[0024][0025]其中，
V
为车辆质心速度幅值，
k
d
取大于零的常数；
[0026]S313
：定义航向角偏差为
e
φ
＝
φ
‑
φ
syn
，计算期望的航向角加速度
[0027][0028]其中，
k
φ
取大于零的常数
。
[0029]在本申请的一种实现方式中，所述期望横摆角加速度的计算过程包括；
[0030]S321
：计算车辆质心侧偏角偏差
e
β
：
[0031]e
β
＝
β
‑
β
ref
[0032]其中，
β
为车辆质心侧偏角，
[0033]S322
：计算虚拟控制输入
r
syn
：
[0034][0035]其中，
k
β
取大于零的常数；
[0036]S323
：定义横摆角速度跟踪误差
e
r
＝
r
‑
r
syn
，计算期望横摆角加速度
[0037][0038]其中，
k
r
取大于零的常数
。
[0039]在本申请的一种实现方式中，所述计算所述车辆的前轴侧向力
、
期望后轴侧向力和期望后轴驱动力的过程，包括：
[0040]S41
：采用下列公式计算期望前轴侧向力和期望后轴侧向力
[0041][0042]S42
：判断条件是否满足，若满足，则跳至
S45
，若不满足，继续执行
S43。
[0043]S43
：判断条件
β
ref
＞0是否满足，若满足，则期望前轴侧向力为若不满足，则期望前轴侧向力为
[0044]S44
：采用下列公式计算期望后轴侧向力
[0045][0046]S45
：计算期望后轴纵向力
[0047][0048]在本申请的一种实现方式中，所述计算需要向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S11
，获取车辆及环境信息；
S12
，根据所述车辆及环境信息，生成参考路径；
S13
，根据所述参考路径，计算期望航向角速度和期望横摆角加速度；
S14
，根据计算的所述期望航向角速度和所述期望横摆角加速度，基于逆动力学模型计算所述车辆的前轴侧向力
、
期望后轴侧向力和期望后轴驱动力；
S15
，计算需要向所述车辆施加的期望前轮转角和期望后轴驱动转矩；
S16
，根据计算的所述期望前轮转角和所述期望后轴驱动转矩，分别生成相应的控制指令，以供将所述期望前轮转角和所述期望后轴驱动转矩分别施加于所述车辆
。2.
根据权利要求1所述的适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述获取车辆及环境信息，包括：获取车辆参数
、
车辆状态及环境参数；所述车辆参数，包括车辆质量
m、
车辆横摆转动惯量
I
z
、
车辆前轴距
a、
车辆后轴距
b、
车轮半径
r
w
，以及车辆前轮轮胎力特性二维表格
F
y
＝
f(
α
,F
z
)
，其中，
α
为轮胎侧偏角，
F
z
为轮胎垂直载荷；所述车辆状态，包括车辆质心在全局坐标系中的位置
(X,Y)、
车辆纵向和横向速度
(v
x
,v
y
)、
车辆横摆角速度
r、
车辆横摆角车辆前后轴垂直载荷
(F
zf
,F
zr
)
，以及车辆前轮转角
δ
f
；所述环境参数包括路面附着系数
μ
。3.
根据权利要求2所述的适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，生成的所述参考路径，包括全局坐标系下参考路径的坐标
(X
ref
,Y
ref
)、
参考航向角
φ
ref
、
参考曲率
κ
ref
，以及参考质心侧偏角
β
ref
。4.
根据权利要求3所述的适用于附着极限工况的车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述计算期望航向角速度，包括：
S311
：计算车辆横向位置误差
e
d
：其中，为车辆质心在全局坐标系中的坐标，为车辆质心在全局坐标系中的坐标，为车辆质心在参考路径上的投影点在全局坐标系中的坐标，投影点在全局坐标系中的坐标，为投影点处的法向量，
S312
：计算虚拟控制输入
φ
syn
：其中，
V
为车辆质心速度幅值，
k
d
取大于零的常数；
S313
：定义航向角偏差为
e
φ
＝
φ
‑
φ
syn
，计算期望的航向角加速度，计算期望的航向角加速度
其中，
k
φ
取大于零的常数
。5.
根据权利要求4所述的适用于附着极限工况...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟龙，张俊智，何承坤，赵世越，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：