[發明專利]一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統及方法

在審

• 申請號: 201910052247.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109733474A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 解云鵬;蔡英鳳;陳龍;李祎承;孫曉強;徐興;唐斌;施德華;沈鈺杰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統，其特征在于，包括：環境感知模塊，路徑規劃模塊，分段仿射模塊，決策模塊，車身穩定模塊，執行模塊；所述環境感知模塊分別與所述路徑規劃模塊、分段仿射模塊相連，所述路徑規劃模塊、分段仿射模塊與所述決策模塊相連，所述分段仿射模塊與所述車身穩定模塊相連，所述決策模塊，車身穩定模塊與所述執行模塊相連；

所述環境感知模塊實時采集智能汽車的前方道路信息，橫擺角速度γ車速Vx、以及質心側偏角β；

所述路徑規劃模塊根據感知模塊所傳遞的數據規劃出一條無障礙的期望路徑；

所述分段仿射模塊能夠對輪胎側偏角與測偏力關系進行分段仿射化處理，建立側向動力學PWA模型；

所述決策模塊在建立側向動力學PWA模型后運用分層控制方法對車輛實施控制，輸出前輪轉角控制信息；

所述車身穩定模塊采用基于模型預測控制的車輛穩定性控制算法，通過采集方向盤轉角信號，判斷駕駛員的操作意圖，輸出車輛穩定行駛所需要的理想橫擺角速度，再結合車輛實際狀態的橫擺角速度與質心側偏角最終得到附加的橫擺力矩，將橫擺力矩值傳遞給執行模塊實現相應的橫擺力矩使得車身穩定。

所述執行模塊根據決策模塊輸出的前輪轉角值和車身穩定模塊輸出的附加橫擺力矩值，驅動操縱執行機構，實現無人駕駛汽車自主轉向控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統，其特征在于，所述分段放射模塊的具體功能：

采集各類工況下輪胎側偏角與側向力的試驗數據，對輪胎側偏特性的分段仿射模型進行參數辨識；對于子空間的劃分采取G-K聚類算法求解，使得聚類結果滿足如下目標函數：

其中，m∈[1，∞)表征聚類模糊程度的可調參數，代表各類別之間的重疊程度，取m＝2。d(z_j，v_i)表示樣本z_j與聚類中心v_i之間的距離；

基于聚類方法獲得數據子空間劃分之后，子模型參數辨識問題簡化為線性優化問題，采用加權最小二乘法進行計算；根據該子類數據集的輸入輸出數據，以實際系統與子模型之間的輸出偏差平方和構成準則函數，該準則的極小值對應子模型參數向量θ_i的估計值；

之后進行切換面系數估計，采用基于支持向量機的方法進行超平面方程系數的求解，折衷考慮最大分類間隔和最少錯分樣本，建立廣義最優分類面，選擇滿足Mercer條件的線性核函數構成支持向量，從而得到系統超平面方程系數h；

通過以上的處理將輪胎側偏角與輪胎側向力的實際關系曲線分成三段線性表示

其中，C_i1和C_i2為第i個輪胎側向力分段仿射表達式的側偏剛度，f_i1和f_i2為第i個車輪側向力分段仿射表達式的常數項；

基于此建立車輛側向動力學模型

3.根據權利要求2所述的一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統，其特征在于，所述參數辨識包括數據子空間分割、各子空間線性模型參數估計和切換面方程系數估計。

4.根據權利要求1所述的一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統，其特征在于，所述決策模塊的分層控制包括四種模式，分別為低速模式、中速模式、高速模式和人工控制模式；

在低速模式下，車輛行駛速度較低，安全性較高，采樣PID控制算法；

在中速情況下，車輛多行駛于城市道路，交通復雜，對轉向控制精度要求較高，采用最優控制算法；

在高速模式下，車輛行駛速度較高，采用模型預測控制算法；

在人工模式下，駕駛員將駕駛模式切換成人工控制，不需要進行自主轉向控制。

5.根據權利要求4所述的一種基于分段仿射分層控制的智能車轉向控制系統，其特征在于，所述低速模式和中速模式的切換點設為20km/h，中速模式和高速模式的切換點設為60km/h。