一种弯路换道轨迹的跟踪控制方法技术

本发明专利技术属于安全辅助驾驶与智能控制领域，公开了一种弯路换道轨迹的跟踪控制方法，首先进行换道轨迹规划，其次将换道轨迹规划中期望的车辆位姿作为运动学控制器的参考状态，然后将上述运动学控制器的控制输入作为动力学控制器的参考状态，最后分析由运动学控制器和动力学控制器组成的双闭环结构控制系统的稳定性。本发明专利技术避免了只利用车辆运动学控制器实现轨迹跟踪的局限性，设计了动力学控制器，提高实际研究价值；从车辆纵向速度变化对换道轨迹的影响和内外侧车道曲率的差别等角度出发，提高弯路换道轨迹规划的准确性，采用基于双闭环结构的控制器，能够保证跟踪误差全局一致有界收敛，提高跟踪误差的收敛速度和对时变参数不确定性的强鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全辅助驾驶与智能控制领域，涉及车辆自动换道轨迹的跟踪控制方法，特别涉及。
技术介绍
车辆自动换道轨迹的跟踪控制方法是目前自动化公路系统中比较常用的一种智能控制技术，其技术要点是设计换道控制规律对已规划的安全换道轨迹进行实时跟踪控制，它依靠车载传感器和控制算法选择，在直道路段上具有较高的换道轨迹规划精度和轨迹跟踪效果，达到了提高安全换道控制精度的目的。在直道路段，虽然车辆自动换道轨迹的跟踪控制理论已基本完善，但是针对弯道路段内外侧车道存在曲率差别和车辆纵向速度变化对换道轨迹的影响，车辆自动换道轨迹的跟踪控制理论仍存在以下缺陷:在弯道路段，难以保证安全换道轨迹规划的精度，受车辆运动学模型局限性的影响，控 制系统缺乏实用价值，需要研究基于双闭环结构控制规律的设计方法，保证跟踪误差全局一致有界收敛，提高跟踪误差的收敛速度和对时变参数不确定性的强鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术的目的是:为解决上述现有技术中的技术问题，提供。本专利技术从车辆纵向速度变化对换道轨迹的影响和内外侧车道曲率的差别等角度出发，提高弯路换道轨迹规划的准确性；采用基于双闭环结构的控制器，能够保证跟踪误差全局一致有界收敛，提高跟踪误差的收敛速度和对时变参数不确定性的强鲁棒性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:提供了，制定换道控制规律对已规划的安全换道轨迹进行实时跟踪控制，包括以下步骤: 步骤1:换道轨迹规划，即参考直线道路上的车辆换道，设计弯路上的期望换道轨迹，包括以下子步骤: 步骤1.1:采用基于正反梯形横向加速度的运动轨迹规划方法，该方法从换道车辆的横向加速度出发，认为加速度的形状由两个大小相等的正反梯形组成，用公式表示为:权利要求1.，其特征在于，制定换道控制规律对已规划的安全换道轨迹进行实时跟踪控制，包括以下步骤: 步骤1:换道轨迹规划，即参考直线道路上的车辆换道，设计弯路上的期望换道轨迹，包括以下子步骤: 步骤1.1:采用基于正反梯形横向加速度的运动轨迹规划方法，该方法从换道车辆的横向加速度出发，认为加速度的形状由两个大小相等的正反梯形组成，用公式表示为:全文摘要本专利技术属于安全辅助驾驶与智能控制领域，公开了，首先进行换道轨迹规划，其次将换道轨迹规划中期望的车辆位姿作为运动学控制器的参考状态，然后将上述运动学控制器的控制输入作为动力学控制器的参考状态，最后分析由运动学控制器和动力学控制器组成的双闭环结构控制系统的稳定性。本专利技术避免了只利用车辆运动学控制器实现轨迹跟踪的局限性，设计了动力学控制器，提高实际研究价值；从车辆纵向速度变化对换道轨迹的影响和内外侧车道曲率的差别等角度出发，提高弯路换道轨迹规划的准确性，采用基于双闭环结构的控制器，能够保证跟踪误差全局一致有界收敛，提高跟踪误差的收敛速度和对时变参数不确定性的强鲁棒性。文档编号B60W40/10GK103121451SQ201310086570公开日2013年5月29日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日专利技术者郭烈, 黄晓慧, 刘宝印, 李琳辉, 赵一兵, 岳明, 孙淑军, 李兵, 任泽建, 张广西 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯路换道轨迹的跟踪控制方法，其特征在于，制定换道控制规律对已规划的安全换道轨迹进行实时跟踪控制，包括以下步骤：步骤1：换道轨迹规划，即参考直线道路上的车辆换道，设计弯路上的期望换道轨迹，包括以下子步骤：步骤1.1：采用基于正反梯形横向加速度的运动轨迹规划方法，该方法从换道车辆的横向加速度出发，认为加速度的形状由两个大小相等的正反梯形组成，用公式表示为：?其中，Jmax为期望横向加速度率的最大值，u(t)为单位阶跃函数，t0为换道开始时刻，t5为换道结束时刻；步骤1.2：假设t0为换道开始时刻，t5为换道结束时刻，换道过程为t0~t2车辆从外车道换向内车道，t2~t3车辆沿内车道匀速行驶，t3~t5车辆从内车道换向外车道；步骤1.3：在t时刻，计算世界坐标系Oxy下车辆质心的期望运动状态，得到期望的车辆位姿，包括：步骤1.3.1：沿x轴期望的位移、速度和加速度的计算公式分别为：?；步骤1.3.2：沿y轴期望的位移、速度和加速度的计算公式分别为：；步骤1.3.3：期望的横摆角和横摆角速度的计算公式分别为：其中：R为外车道中心线曲率半径为常数；为车辆纵向加速度；yd(t)为车辆驶向目的车道的横向位移；为期望的横向速度；α为车辆质心绕道路瞬心转过的角度；此步骤的作用是基于直线道路上的轨迹规划结果，对圆弧形弯路上的换道轨迹进行规划，包括两种情况，从外车道换向内车道和从内车道换向外车道；步骤2：将换道轨迹规划中期望的车辆位姿作为运动学控制器的参考状态，根据运动学控制器，即外环控制器，确定有界控制输入，即车辆运行速度，包括：线速度和横摆角速度，实现对车辆参考位姿的有效跟踪，包括以下子步骤：步骤2.1：在以车辆为参考的局部坐标系Mij下，设定系统任意初始误差pe=[xeyeθe]T；步骤2.2：根据运动学控制律其中，k1，k2，k3，k4均为正实数；δ>0；vr为参考线速度；vc为期望线速度；wr为参考角速度；?wc为期望角速度；pe=[xeyeθe]T为局部坐标系下车辆运动的位姿误差；确定有界控制输入，跟踪局部坐标系下的车辆参考位姿pr=[xr?yrθr]T，从而实现时；其中，p为车辆当前位姿；pr为局部坐标系下车辆参考位姿；步骤2.3：系统控制信号期望线速度和角速度输入车载微处理器，操纵系统自动控制模块的运动学控制器作用，使得车辆当前位姿p趋近于车辆期望位姿pr；此步骤的作用是为动力学控制器提供参考的线速度和横摆角速度；步骤3：将步骤2中运动学控制器的控制输入作为动力学控制器的参考状态，根据动力学控制器，即内环控制器，确定有界控制输入，即车辆运行速度，包括：线速度和横摆角速度，实现对车辆参考位姿的有效跟踪，包括以下子步骤：?步骤3.1：车辆当前车速v由车载传感器测得，与车辆期望运行速度vc同时输入车载微处理器；步骤3.2：根据动力学控制律其中，ρ1，ρ2是大于0的常数；κ>0与步长时间有关；s为滑模曲面函数；c为正定矩阵；为与系统状态变量有关的矩阵；为阻力和侧偏力矩阵；u为车辆实际运行速度；uc为参考车速；τ为有界控制输入；确定有界控制输入，跟踪车辆期望运行速度，从而实现时；其中，v为车辆实际运行速度；vc为车辆期望运行速度；步骤3.3：系统控制信号驱动/制动力和前轮转向角输入车载微处理器，操纵系统自动控制模块的动力学控制器作用，使得当前车速v趋近于车辆期望运行速度vc；此步骤的作用是通过车辆的控制输入，包括驱动/制动力和前轮转向角，控制车辆当前的运行速度以实现对车辆运行参考速度的跟踪；步骤4：分析由运动学控制器和动力学控制器组成的双闭环结构控制系统的稳定性；?步骤4.1：选择Lyapunov方程Vs=V1+V2，求导得；步骤4.2：将运动学控制规律和动力学控制规律分别代入和，即：其中，k1，k2，k3，k4为大于零的常数，且与系统控制性能直接相关；δ>0；κ>0与步长时间有关；ρ1，ρ2是大于0的常数；s为滑模曲面函数；vc为期望线速度；wc为期望角速度；为虚拟误差变量；ye为横向位移偏差；θe为横摆角偏差；Fx，δf分别为车辆的驱动/制动力和前轮转向角；对于有，根据Lyapunov判据可知系统稳定，实现弯路换道轨迹的跟踪控制。2013100865702100001dest_path_image001.jpg,2013100865702100001dest_path_image002.jpg,2013100865702100001dest_path_image003.jpg,2013100865702100001dest_path_im...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈，黄晓慧，刘宝印，李琳辉，赵一兵，岳明，孙淑军，李兵，任泽建，张广西，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：