[發明專利]一種EPS特性未知的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811113713.3
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109204458B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 楊殿閣;嚴瑞東;于春磊;江昆
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B62D15/02
• 分類號: B62D15/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種EPS特性未知的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)設定循環周期前后兩幀之間的時間差△τ；

2)在第k幀的開始時刻，獲得自動駕駛汽車的方向盤轉向角測量值θ_k和方向盤轉向角外部指令θ_{d_k}；k＝1,2,…,N，N是結束時刻的計算幀數，為正整數；

3)根據步驟2)獲得的θ_k和θ_{d_k}計算EPS轉向力矩指令M_{c_k}，計算公式如下：

M_{c_k}＝M_{feedback_k}-M_{feedforward_k}

式中，

M_{feedforward_k}為基于擴張干擾觀測的前饋補償器算法力矩，用于補償包含EPS未知特性在內的自動駕駛汽車橫向控制系統的總干擾對控制精度的影響，表達式如下：

其中，J_m是自動駕駛汽車的轉向系統等效轉動慣量；ε是方向盤轉向角和自動駕駛汽車前輪轉向角之間的比值；是第k幀時對自動駕駛汽車前輪轉動系統中所有干擾之和x_{3_k}的估計值，x_{3_k}的表達式如下：

式中，β是自動駕駛汽車的質心側偏角；l_r是自動駕駛汽車的輪胎拖距；是自動駕駛汽車的側偏角剛度系數；u是自動駕駛汽車的縱向速度；a是自動駕駛汽車的質心到前軸的距離；ε是方向盤轉向角和自動駕駛汽車前輪轉向角之間的比值，J_m是自動駕駛汽車的轉向系統等效轉動慣量；B_m是自動駕駛汽車的轉向系統等效阻尼系數；θ_k是第k幀時方向盤轉向角測量值；是第k幀時方向盤轉向角測量值的一階導數；△M_{eps_k}是第k幀時EPS轉向力矩指令M_{c_k}與實際輸出力矩M_{eps_k}之差；d_k表示第k幀時道路坑洼、風阻、自動駕駛汽車前輪轉動模型參數不確定以及斜坡重力橫向分量干擾之和；

根據步驟1)設定的△τ將擴張干擾觀測算法離散化，以此求解x_{3_k}的估計值其中，設定是第k幀時方向盤轉向角測量值θ_k的估計值；是第k幀時方向盤轉向角測量值一階導數的估計值；設定的值均為0；則離散后的擴張干擾觀測表達式如下：

式中，l₁,l₂,l₃分別表示擴張干擾觀測的增益值，具體選取根據擴張干擾觀測增益整定方法確定；

為第k-1幀時方向盤轉向角測量值的估計值與測量值θ_k-1之差的飽和函數，表達式如下：

其中，σ為經驗參數，取值范圍為0.001～0.1；

M_{feedback_k}為根據步驟1)設定的△τ進行離散化的常規反饋控制器算法力矩，該力矩通過將方向盤轉向角外部指令θ_{d_k}與方向盤轉向角測量值θ_k之差θ_{d_k}-θ_k作為反饋量，然后由常規反饋控制器算法計算得到，用于抑制未被補償的干擾并實現對方向盤轉向角外部指令θ_{d_k}的跟蹤；

4)將步驟3)計算得到的EPS轉向力矩指令M_{c_k}輸出至EPS，EPS響應該EPS轉向力矩指令M_{c_k}，實現自動駕駛汽車前輪轉向；

5)令k＝k+1，返回步驟2)進行下一個循環周期，直至汽車關閉自動駕駛功能。

2.根據權利要求1所述的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法，其特征在于，步驟3)中，所述常規反饋控制器算法包括PD控制算法、SMC控制算法和魯棒H_∞控制算法。