【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动驾驶，特别是涉及一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法与装置。
技术介绍
1、自动驾驶车辆最基本的功能是对一条已知路径进行路径跟踪任务。传统的路径跟踪控制技术大多集中于前轮转向车辆，但其仅依靠前轮转向角控制转向的特点无疑在一定程度上限制了车辆的转向性能。
2、目前，灵活性高、通过性好的四轮独立转向车辆逐渐受到广泛关注。四轮独立转向四个轮子之间的转向关系没有机械约束，依靠四个轮子的协调转向实现路径跟踪。四轮独立转向车辆的转向系统本质是冗余驱动系统，可以通过降自由度，实现前轮转向模式、四轮阿克曼转向模式、斜向运动模式，甚至是原地旋转模式。但是，冗余驱动系统要求的多个执行器的不一致性以及系统不确定性，使得四轮独立转向车辆的路径跟踪问题成为一个难点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法与装置，其能够解决四轮独立转向车辆在路径跟踪过程中，由于转向动力学不确定性和不一致性引起的路径跟踪性能恶化和轮胎磨损问题，同时考虑了控制过程中的约束满足情况。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其包括：
3、获取当前的车辆状态；
4、根据输入的车辆状态，上层控制器结合四轮独立转向车辆运动学模型，计算得到转向半径；
5、根据计算得到的转向半径，下层控制器结合四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型，将满足转向半径和阿克曼转向关系的转向角一致协调
6、进一步地，四轮独立转向车辆运动学模型被描述为公式(3)：
7、
8、式中，x、y分别为车辆质心在大地坐标系下的横、纵坐标，v、θ、r、δ1、l和b分别表示车辆的纵向速度、航向角、转向半径、左前轮的转向角、前后轴距和左右轮距。
9、进一步地，四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型被描述为公式(5)：
10、
11、式中，b表示控制系数矩阵，σ表示一个包含多源的不确定性的p维不确定参数，u＝[te1,te2,te3,te4]表示转向控制向量，te1、te2、te3、te4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的输出转矩，j＝diag(j1,j2,j3,j4)表示转动惯量矩阵，j1、j2、j3、j4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转动惯量，q＝[δ1,δ2,δ3,δ4]表示转向角向量，δ1、δ2、δ3、δ4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转向角，分别表示q的一阶、二阶导数，c＝diag(bm1,bm2,bm3,bm4)表示车辆的粘滞摩擦阻力系数矩阵，bm1、bm2、bm3、bm4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的粘滞摩擦阻力系数，g＝[tl1,tl2,tl3,tl4]t表示车辆的负载转矩矩阵，tl1、tl2、tl3、tl4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的负载转矩。
12、进一步地，将m、c、g、b分别设置为包括标称部分和相应有界的不确定部分δm、δc、δg、δb，描述为公式(6)：
13、
14、进一步地，耦合约束包括公式(13)或公式(16)：
15、
16、其中，
17、
18、
19、式中，a表示状态约束矩阵，c表示一阶约束向量，r、δ1、l和b分别表示车辆的转向半径、左前轮的转向角、前后轴距和左右轮距，h1,h2,h3,h4均为大于0的标量常数，e1、e2、e3、e4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的阿克曼转向角误差；
20、
21、其中，
22、
23、
24、
25、式中，a表示状态约束矩阵，c表示一阶约束向量，b表示二阶约束向量，b1、b2均为用于简化公式的中间参数，r、δ1、l和b分别表示车辆的转向半径、左前轮的转向角、前后轴距和左右轮距，h1,h2,h3,h4均为大于0的标量常数，分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的阿克曼转向角误差的一阶导数。
26、进一步地，耦合约束还包括公式(19)定义的阿克曼转向原理约束误差β：
27、
28、进一步地，转矩控制输出u被描述为公式(32)：
29、
30、其中，
31、
32、
33、
34、式中，p1和p2均表示动力学系统的标称部分的控制律，p3表示鲁棒控制率，表示未知向量α的估计值，κ＞0表示一个可调参数，p是一个给定的矩阵，p∈r4×4，且p＞0，γ表示选择函数，μ表示关于约束误差的函数，为一个已知函数。
35、本专利技术还提供一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制装置，其包括：
36、上层控制器，其用于根据输入的车辆状态，上层控制器结合四轮独立转向车辆运动学模型，计算得到转向半径；
37、下层控制器，其用于根据计算得到的转向半径，结合四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型，将满足转向半径和阿克曼转向关系的转向角一致协调控制目标转化为转向角之间的耦合约束，该耦合约束用于计算转矩控制输出。
38、进一步地，四轮独立转向车辆运动学模型被描述为公式(3)，四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型被描述为公式(5)：
39、
40、
41、式中，b表示控制系数矩阵，σ表示一个包含多源的不确定性的p维不确定参数，u＝[te1,te2,te3,te4]表示转向控制向量，te1、te2、te3、te4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的输出转矩，j＝diag(j1,j2,j3,j4)表示转动惯量矩阵，j1、j2、j3、j4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转动惯量，q＝[δ1,δ2,δ3,δ4]表示转向角向量，δ1、δ2、δ3、δ4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转向角，分别表示q的一阶、二阶导数，c＝diag(bm1,bm2,bm3,bm4)表示车辆的粘滞摩擦阻力系数矩阵，bm1、bm2、bm3、bm4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的粘滞摩擦阻力系数，g＝[tl1,tl2,tl3,tl4]t表示车辆的负载转矩矩阵，tl1、tl2、tl3、tl4分别表示车辆的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的负载转矩。
42、进一步地，转矩控制输出被描述为公式(32)：
43、
44、其中，
45、
46、
47、
48、式中，p1和p2均表示动力学系统的标称部分的控制律，p3表示鲁棒控制率，表示未知向量α的估计值，κ＞0表示一个可调参数，p是一个给定的矩阵，p∈r4×4,p＞0，γ表示选择函数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，四轮独立转向车辆运动学模型被描述为公式(3)：
3.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型被描述为公式(5)：
4.如权利要求3所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，将M、C、g、B分别设置为包括标称部分M、C、g、B和相应有界的不确定部分ΔM、ΔC、Δg、ΔB，描述为公式(6)：
5.如权利要求3所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，耦合约束包括公式(13)或公式(16)：
6.如权利要求5所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，耦合约束还包括公式(19)定义的阿克曼转向原理约束误差β：
7.如权利要求6所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，转矩控制输出U被描述为公式(32)：
8.一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制装置，其特征在
9.如权利要求8所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制装置，其特征在于，四轮独立转向车辆运动学模型被描述为公式(3)，四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型被描述为公式(5)：
10.如权利要求8或9所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制装置，其特征在于，转矩控制输出被描述为公式(32)：
...【技术特征摘要】
1.一种四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，四轮独立转向车辆运动学模型被描述为公式(3)：
3.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，四轮独立转向车辆的具有不确定性的转向动力学模型被描述为公式(5)：
4.如权利要求3所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，将m、c、g、b分别设置为包括标称部分m、c、g、b和相应有界的不确定部分δm、δc、δg、δb，描述为公式(6)：
5.如权利要求3所述的四轮独立转向车辆的路径跟踪控制方法，其特征在于，耦合约束包括公式(13)或公式(16...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，代宇晟，秦晓辉，徐彪，秦兆博，谢国涛，王晓伟，秦洪懋，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学无锡智能控制研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。