[發明專利]一種四輪轉向聯合差動制動的智能車輛分層控制方法

有效

• 申請號: 201910887904.3
• 申請日: 2019-09-19
• 公開（公告）號: CN110696793B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 朱梁鵬;劉成曄;趙景波;朱燕
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B60T8/172
• 分類號: B60T8/172;B60T8/1755
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 顧翰林

本發明公開一種四輪轉向聯合差動制動的無人駕駛車輛分層控制方法，以非線性模型預測(MPC)算法設計聯合控制器，對車輛進行四輪轉向和差動制動控制。該方法具有三層控制結構,上層為軌跡規劃層，實現對車輛縱向、橫向以及橫擺角跟蹤，輸出理想橫擺角速度和質心側偏角；中間層為MPC集中控制層，實現車輛后輪轉角控制和附加橫擺力矩控制；下層為制動力分配器，通過附加橫擺力矩的計算，轉化為對單個車輪的制動控制；最終，MPC聯合控制器輸出的四輪轉角和差動制動力作用于整車，實現目標路徑的穩定性跟蹤。本方法利用MPC控制方法滾動優化的特性，在提高跟蹤精度的基礎上，實現了四輪轉向和差動制動的聯合控制，提高了高速車況下智能汽車軌跡跟蹤的穩定性。

技術領域

本發明涉及到智能車輛控制領域，特別是一種四輪轉向聯合差動制動的無人駕駛車輛軌跡跟蹤分層控制方法。

背景技術

目前無人駕駛車輛的路徑跟蹤控制大多通過前輪轉向來進行橫向的跟蹤控制，由于車輛模型的強非線性導致車輛在高速工況時僅僅依靠前輪轉向控制是無法保證車輛的穩定性，而且過于集成的控制算法設計及應用難度太大，因此綜合考慮四輪轉向聯合差動制動分層控制是解決無人駕駛車輛路徑跟蹤穩定性的有效途徑。

發明內容

為解決無人駕駛車輛路徑跟蹤控制精度以及車輛穩定性問題，本發明提供一種四輪轉向聯合差動制動的分層控制方法，其目的在于：以非線性模型預測(MPC)算法設計聯合控制器，對車輛進行四輪轉向和差動制動控制，實現高速車況下對期望路徑的穩定跟蹤。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種四輪轉向聯合差動制動的分層控制方法，具有三層控制結構，具體為：

上層：軌跡規劃層，實現對車輛縱向、橫向以及橫擺角跟蹤，輸出理想橫擺角速度和質心側偏角；

中間層：MPC集中控制層，實現車輛后輪轉角控制和附加橫擺力矩控制；

下層：制動力分配器，通過附加橫擺力矩的計算，轉化為對單個車輪的制動控制；

最終，MPC聯合控制器輸出的四輪轉角和差動制動力作用于整車，實現目標路徑的穩定性跟蹤。

具體地：

第一層：基于運動學MPC控制

1建立上層軌跡規劃層MPC控制器，實現前輪轉向控制

1.1根據車輛單軌模型，建立車輛運動學模型，并將其寫成狀態空間表達形式為：

其中狀態量為：

式中：X為車輛縱向位移，Y為車輛橫向位移，為車輛橫擺角；

控制量選取為：

u＝[v,δ_f]^T

式中：v為車輛后軸中心車速，δ_f為前輪偏轉角

1.2將公式所示的車輛運動學非線性模型進行線性處理，得到線性時變系統為：

1.3將公式采用一階差商的方法進行離散化處理，得到離散的狀態空間表達式：

其中：A_k＝I+A*T；B_k＝I+B*T；

1.4設車輛軌跡跟蹤過程某一時刻為t時刻，為求t時刻的前輪轉角，建立如下目標函數：