[發明專利]一種用于無人駕駛車輛碰撞后失穩運動的控制方法

在審

• 申請號: 202010115954.2
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111231937A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 陳南;曹銘聰;王榮蓉;王金湘;魯秀楠
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B60W30/02
• 分類號: B60W30/02;B60W30/08
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 郭微

本發明公布了一種用于無人駕駛車輛碰撞后失穩運動的控制方法，應用于具有分布式獨立驅動制動執行功能的無人駕駛車輛，可實現無人駕駛汽車在不同碰撞情況下的失穩運動控制，本發明充分利用輪胎力潛能，通過主動前輪轉向提供反向廣義輪胎側向力和協調四輪電機驅動/制動控制提供反向橫擺力矩，實現高速工況下發生碰撞后無人駕駛車輛的運動控制。通過仿真驗證，本發明提出的控制策略能夠有效地減小車輛在碰撞過程中的運動偏移，進而減小后繼碰撞的發生概率，具有快速響應、實時性強等重要的工程實際應用意義。

技術領域

本發明涉及汽車控制技術領域，尤其涉及一種無人駕駛車輛碰撞后失穩運動的控制方法。

背景技術

事故數據顯示二次碰撞往往比初始碰撞造成更高的受傷率和死亡率。傳統汽車發生初次碰撞時，車輛受到縱橫向的沖擊并產生高速旋轉，容易讓駕駛員做出不合理的駕駛操作，而進一步惡化車輛運動狀態。當前分布式驅動/制動方式將成為自動駕駛車輛的技術之一，過驅動的特性能夠有效實現車輛橫向運動控制和提高車輛駕駛安全。同時擴大了傳統車輛在運動控制執行器上的可行域，更有利于緊急駕駛情況下保障車輛穩定性。

傳統的碰撞失穩控制通常只考慮轉向和制動的反饋控制。其中僅靠制動提供抑制碰撞橫擺運動擾動的反向橫擺力矩很有限。并且僅有反饋控制的情況下對擾動的消除可能會存在時滯的問題，有可能導致過度轉向。本發明中的方法結合了前饋控制對碰撞強擾動的有效抑制和輪胎力剩余潛能的利用。

基于前饋的模型預測控制需要將前饋控制產生的系統輸入提供給MPC反饋控制算法，進行全局輸入的約束。但傳統的車輛穩定性包絡約束對于初次碰撞失穩后的車輛狀態并不適用。如果采用MPC軟約束的方法，需要很大的松弛變量和松弛權重來滿足MCP優化問題的可行性要求，增大了約束優化問題的控制成本，進而降低了主要控制目標中橫向位置誤差和航向誤差的控制代價在總代價的比例。這對于實現車輛碰撞后橫向運動和橫擺運動的失穩控制是不利的。

綜上所述，為滿足在初始碰撞后失穩對車輛運動安全控制的要求，依靠傳統單一反饋控制方法無法快速有效消除因碰撞產生的系統強烈擾動影響。所以，研究如何實現直接、合理、有效的運動控制方法對無人駕駛汽車碰撞運動研究具有重要的實際意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：針對上述傳統車輛穩定性運動控制方法不能滿足及時有效地消除碰撞對車輛側向和橫擺運動影響的要求以及反饋控制中對車輛約束問題的可行性，本發明提供了一種用于無人駕駛車輛碰撞后失穩運動的控制方法，通過基于碰撞能量最速下降的前饋控制和基于模型預測的反饋控制相結合實現。

本發明采用以下技術方案：

一種用于無人駕駛車輛碰撞后失穩運動的控制方法，其特征在于，該方法將碰撞產生的橫向運動的動能和旋轉運動的動能統一用一種前饋的方法設計前輪轉向角和分布式驅動/制動力矩的先決輸入，提高了碰撞能量的耗散速度，避免了僅依靠反饋控制時滯、運動控制不及時導致的二次碰撞。再將前饋控制的輸入動作加入到基于模型預測的反饋控制算法(MPC)中進行進一步優化和約束。這種方法有效地解決了傳統包絡控制對于碰撞后高速旋轉失穩的局限性，充分利用非線性輪胎的廣義力潛能獲取糾正車身姿態的反向橫擺力矩，提出了將狀態的不適性約束轉化為控制輸入的可行性約束的方法，通過合理介入聯合控制器使碰撞后失穩偏航的車輛能夠不斷減小橫向位置偏移和不斷校正航向偏差，回歸跟蹤原有期望軌跡，減小對其他車道上自主車輛的駕駛干涉。

作為本發明的進一步改進，系統模型輸入的前饋項設計。本方法中無人駕駛車輛的系統輸入為前輪轉向角和分布式驅動/制動力矩，前饋控制的目標在于減小因碰撞產生的廣義側向力和橫擺力矩。對于廣義側向力，通過前輪轉向的反向控制使車輛前輪盡可能獲取最大的反向輪胎側向力，進而減小因碰撞產生的廣義側向力，減小橫向運動偏移和橫向速度。對于碰撞橫擺運動，通過對四輪剩余縱向輪胎力的利用使車輛盡可能獲取最大的反向橫擺力矩，能夠有效減小因碰撞產生的高速旋轉速度和偏航誤差。