[發(fā)明專利]一種基于分段仿射分層控制的智能車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910052247.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN109733474A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解云鵬;蔡英鳳;陳龍;李祎承;孫曉強(qiáng);徐興;唐斌;施德華;沈鈺杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D6/00
• 分類號(hào): B62D6/00;G05D1/02
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于分段仿射分層控制的智能車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及方法，通過對(duì)于輪胎非線性力的分段仿射描述，從而建立側(cè)向動(dòng)力學(xué)PWA模型，進(jìn)而根據(jù)此模型在不同車速下切換不同控制方式達(dá)到精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向。本發(fā)明采用分段仿射方法描述車輪力的非線性特性，進(jìn)而建立車輛側(cè)向動(dòng)力力學(xué)PWA模型。基于此動(dòng)力學(xué)模型在不同車速和工況下選取不同的控制方法，在決策時(shí)著重考慮模糊速度分界、發(fā)散型切換延時(shí)和動(dòng)力性能指標(biāo)，提升控制精度。此外，在傳統(tǒng)執(zhí)行模塊處添加車身穩(wěn)定模塊，檢測(cè)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度，并針對(duì)不同工況提出質(zhì)心側(cè)偏角軟約束，施加相應(yīng)的橫擺力矩使得質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度保持穩(wěn)定，從而提升車輛穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能車控制領(lǐng)域，特別涉及了一種智能汽車在分段仿射下的橫向控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

行駛智能化作為汽車技術(shù)變革核心技術(shù)在全球范圍內(nèi)深入展開。現(xiàn)有的汽車動(dòng)力學(xué)模型忽略的輪胎側(cè)偏力的非線性特性，當(dāng)當(dāng)車輛高速行駛且路面附著系數(shù)很低時(shí)，車輛容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。因此現(xiàn)有的動(dòng)力學(xué)模型并不能準(zhǔn)確反應(yīng)車輛的狀態(tài)。

面向無人駕駛的終極目標(biāo)，要求智能汽車橫向控制系統(tǒng)在多工況條件下，具有精確、高效、可靠的控制能力，保證車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性、行駛安全以及乘坐舒適，傳統(tǒng)的單一的轉(zhuǎn)向控制算法不能解決和協(xié)調(diào)自主轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)在不同工況下的控制需求和控制功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種智能汽車的橫向控制方法，通過對(duì)于輪胎非線性力的分段仿射描述，從而建立側(cè)向動(dòng)力學(xué)PWA模型，進(jìn)而根據(jù)此模型在不同車速下切換不同控制方式達(dá)到精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向。本發(fā)明采用分段仿射方法描述車輪力的非線性特性，進(jìn)而建立車輛側(cè)向動(dòng)力力學(xué)PWA模型。基于此動(dòng)力學(xué)模型在不同車速和工況下選取不同的控制方法，在決策時(shí)著重考慮模糊速度分界、發(fā)散型切換延時(shí)和動(dòng)力性能指標(biāo)，提升控制精度。此外，在傳統(tǒng)執(zhí)行模塊處添加車身穩(wěn)定模塊，檢測(cè)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度，并針對(duì)不同工況提出質(zhì)心側(cè)偏角軟約束，施加相應(yīng)的橫擺力矩使得質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度保持穩(wěn)定，從而提升車輛穩(wěn)定性。本發(fā)明采樣的技術(shù)方案如下：

一種基于分段仿射分層控制的智能車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括：環(huán)境感知模塊，路徑規(guī)劃模塊，分段仿射模塊，決策模塊，車身穩(wěn)定模塊，執(zhí)行模塊；所述環(huán)境感知模塊分別與所述路徑規(guī)劃模塊、分段仿射模塊相連，所述路徑規(guī)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(wěn)定模塊相連，所述決策模塊，車身穩(wěn)定模塊與所述執(zhí)行模塊相連；

所述環(huán)境感知模塊實(shí)時(shí)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(zhì)心側(cè)偏角β；

所述路徑規(guī)劃模塊根據(jù)感知模塊所傳遞的數(shù)據(jù)規(guī)劃出一條無障礙的期望路徑；

所述分段仿射模塊能夠?qū)喬?cè)偏角與測(cè)偏力關(guān)系進(jìn)行分段仿射化處理，建立側(cè)向動(dòng)力學(xué)PWA模型；

所述決策模塊在建立側(cè)向動(dòng)力學(xué)PWA模型后運(yùn)用分層控制方法對(duì)車輛實(shí)施控制，輸出前輪轉(zhuǎn)角控制信息；

所述車身穩(wěn)定模塊采用基于模型預(yù)測(cè)控制的車輛穩(wěn)定性控制算法，通過采集方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，判斷駕駛員的操作意圖，輸出車輛穩(wěn)定行駛所需要的理想橫擺角速度，再結(jié)合車輛實(shí)際狀態(tài)的橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角最終得到附加的橫擺力矩，將橫擺力矩值傳遞給執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的橫擺力矩使得車身穩(wěn)定。

所述執(zhí)行模塊根據(jù)決策模塊輸出的前輪轉(zhuǎn)角值和車身穩(wěn)定模塊輸出的附加橫擺力矩值，驅(qū)動(dòng)操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車自主轉(zhuǎn)向控制。

進(jìn)一步，所述分段放射模塊的具體功能：

采集各類工況下輪胎側(cè)偏角與側(cè)向力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)輪胎側(cè)偏特性的分段仿射模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；對(duì)于子空間的劃分采取G-K聚類算法求解，使得聚類結(jié)果滿足如下目標(biāo)函數(shù)：