[發(fā)明專利]一種基于道路曲率的可拓前饋車道保持控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811373138.0
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109606362B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 蔡英鳳;臧勇;王海;孫曉強;陳龍;梁軍;李祎承;劉擎超;唐斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B60W30/12
• 分類號: B60W30/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于道路曲率的可拓前饋車道保持控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立車輛二自由度動力學模型；

步驟2，根據二次多項式進行車道線擬合計算；

步驟3，設計前饋可拓控制器；包括：

步驟3.1，前饋可拓控制器特征量和域界劃分；具體地：

選擇道路曲率ρ及其變化率作為特征量，并構成前饋可拓特征狀態(tài)集合根據可拓控制原理，將前饋可拓特征狀態(tài)集合劃分為三個區(qū)域：經典域、可拓域和非域；將上層可拓控制器特征集合域界表示為：

經典域

可拓域

非域為整個可拓集合中除去經典域和可拓域剩余的集合區(qū)域；

步驟3.2，計算前饋關聯函數；具體的：

設上層可拓控制器特征量為道路曲率ρ，最佳道路條件為直線道路，即ρ＝0，且將上層可拓控制器的最佳特征狀態(tài)點為S_ff0＝(0,0)，則車輛在車道行駛過程中通過車道線檢測得到的實時道路曲率狀態(tài)

計算經典域可拓距：

計算可拓域可拓距：

計算實時特征量與最優(yōu)狀態(tài)點的可拓距：

其中，k_ρ1和k_ρ2為可拓距的加權系數；

則前饋關聯函數K_upper(S)滿足如下關系：

當S_ff∈R_{upper_os}時，

K_upper(S)＝1-|S_ffS_ff0|/|M_{upper_0}|

否則，

所以上層關聯函數K_upper(S)為：

步驟3.3，前饋模式識別；具體地：

步驟3.3的具體實現包括：

若K_upper(S)≥0，則該狀態(tài)為測度模式M_{upper_1}；

若-1≤K_upper(S)0，則該狀態(tài)為測度模式M_{upper_2}；

若K_upper(S)-1，則該狀態(tài)為測度模式M_{upper_3}；

步驟3.4，計算前饋可拓控制器輸出量，具體的：

在測度模式M_{upper_1}時，此時道路曲率較小，車道線較為平滑，處于穩(wěn)定狀態(tài)，輸出控制量為：

δ_ff＝-K_{upper_CM1}S

其中，K_{upper_CM1}為反饋增益系數，其值為[K_{upper_c1} K_{upper_c2}]^T，S為實時特征狀態(tài)量，其值為

在測度模式M_{upper_2}時，此時道路曲率處于較大范圍，車道線存在較大彎道，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，輸出控制量為：

δ_ff＝-K_{upper_CM1}S+K_{upper_C}·K_upper(S)·[sgn(ρ)]

其中，K_{upper_C}為附加項系數，sgn(ρ)為符號函數，滿足如下關系：

在測度模式M_{upper_3}時，此時道路曲率過大，此時控制器輸出不考慮，其值保持為0；

因此，將上層前饋可拓控制器輸出控制量δ_ff表示為：

步驟4，設計下層可拓控制器；包括如下步驟：

步驟4.1，下層可拓特征量提取和域界劃分；具體地：

設下層可拓控制器選擇預瞄點橫向位置偏差e_L，航向偏差由此構成二維特征狀態(tài)集合，記做

根據可拓控制理論，確定各個特征量的經典域區(qū)域和可拓域區(qū)域，并分別表示為：

經典域

可拓域

步驟4.2，計算下層可拓控制器關聯函數；具體的：

在車輛運動過程中，實時特征狀態(tài)量記做那么實時狀態(tài)量與最佳狀態(tài)點的可拓距為：

經典域可拓距為：

可拓域可拓距為：

如果實時特征狀態(tài)量位于經典域R_os中，則關聯函數為：

K_low(S)＝1-|SS_fb0|/M_o

否則，

K_low(S)＝(M_o-|SS_fb0|)/(M-M_o)

所以，關聯函數可以表示為：

步驟4.3，下層測度模式識別；具體的：

根據關聯函數值對系統特征量模式識別，模式識別規(guī)則如下所示：

IF K_low(S)≥0,THEN實時特征狀態(tài)量測度模式M_{low_1}；

IF -1≤K(S)0,THEN實時特征狀態(tài)量測度模式M_{low_2}；

ELSE測度模式M_{low_3}；

步驟4.4，輸出下層控制器；具體的：

當測度模式為M_{low_1}時，車輛-道路系統處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時控制器前輪轉角輸出值為：

δ_fb＝-K_lowCM1S

其中，K_lowCM1為測度模式M_{low_1}基于特征量S的狀態(tài)反饋系數，K_lowCM1＝[K_{low_c1} K_{low_c1}]^T，采用極點配置方法選擇狀態(tài)反饋系數，S值為

當測度模式為M_{low_2}時，系統處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，屬于可調范圍內，可以通過增加控制器附加輸出項，將系統重新調節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)，控制器前輪轉角輸出值為：

K_lowC為測度模式M_{low_2}下附加輸出項控制系數，該系數主要基于測度模式M_{low_1}下控制量適量人工調節(jié)，保證附加輸出項能夠使得系統在此回到穩(wěn)定狀態(tài)；

其中，

K_lowC·K_low(S)·[sgn(S)]為控制器附加輸出項，該項結合了下層關聯函數值K_low(S)，關聯函數體現了車輛在車道爆出中沿車道中心線運動的調節(jié)難度，因此，通過關聯函數值的變化，根據控制難度實時改變控制器附加輸出項的值；

當測度模式為M_{low_3}時，車輛由于距離車道中心線偏差較大，無法及時調節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)，為保證車輛安全，此時控制器前輪轉角輸出值為：

δ_fb＝0

因此，下層可拓控制器對于特征量控制器前輪轉角輸出值為：

步驟5，計算控制量輸出。