[發明專利]一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010162715.2
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111409641B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 高秀晶;陶林君;陳波波;趙可道
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: B60W30/18
• 分類號: B60W30/18;B60W30/12;B60W30/14
• 代理公司: 泉州勁翔專利事務所(普通合伙) 35216
• 代理人: 許珠珍

1.一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：包括信息感知、軌跡規劃、控制層建模和驅動執行；

所述信息感知實時采集智能汽車的交通環境信息和車輛狀態信息，將相關事件進行實時收集并傳遞至控制層供控制層預先判斷調用；

所述軌跡規劃根據信息感知的數據規劃出一條期望路徑；

所述控制層建模，建立縱橫向協調策略，對期望縱橫向控制指令加以處理，并將期望縱橫向控制指令轉換成硬件機構可執行的控制指令物理值；

所述驅動執行根據控制層建模輸出的控制指令物理值操縱車輛的執行機構，實現車輛的整體控制；

所述控制層建模包括預瞄距離建模、橫向控制偏差建模、縱向控制偏差建模和縱橫向控制算法；

所述橫向控制偏差建模的依據為二自由度車輛橫向動力學方程，所述自由度車輛橫向動力學方程表達式為：

式中β表示質心側偏角，γ表示橫擺角速度，a₁₁、a₁₂、a₂₁、a₂₂、b₁、b₂分別表示車輛參數，δ_f表示車輛前輪轉角；

車輛質心到目標軌跡最近點P_n的橫向偏差e_y和航向偏差為：

車輛質心到預瞄點的預瞄偏差為：

若L_p＝0，則e_yL＝e_y

式中表示車輛質心處的X軸坐標值、Y軸坐標值和橫擺角；表示最近點P_n的X軸坐標值、Y軸坐標值和橫擺角，ρ為最近點P_n處的道路曲率，e_y、e_yL、根據位置反饋和車輛狀態反饋實時更新；L_p為預瞄距離；

所述縱向控制偏差建模的表達式為：

Vd＝MIN(Vp，Vrmax)

ev＝Vd-V

其中，V_p為預瞄速度，a_yd為車輛與預瞄點之間的距離，為道路平均曲率，ε為一個正數，V_d為最優目標速度，V_rmax為當前路段限速，e_v為速度誤差，V為當前車速；

所述縱橫向控制算法的表達式為：

其中，f(β)是自變量為車輛質心側偏角β的函數，f(V,γ)是自變量為車速V和橫擺角速度γ的函數，a為縱向控制反饋項，b是包含車輛參數的常數，K1、K2為反饋控制增益，Kρ為前饋控制增益，為前輪轉角控制反饋項，前輪轉角控制前饋項，K_p1、K_I、K_D是縱向控制增益。

2.根據權利要求1所述的一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：預瞄距離L_p建模基于模糊算法自適應選取具體步驟如下:

①變量模糊化,將前方道路曲率和當前車輛速度作為輸入變量，其論域分別為[a，b]m^-1和[c，d]km/h；輸出變量為預瞄距離L_p，其論域為[e，f]m；根據難度和控制效果，將輸入輸出模糊集論域分為n檔，道路曲率為E_i，i表示道路曲率論域的分級，i＝1…n,車輛速度為F_j，j表示車輛速度論域的分級，j＝1…n，預瞄距離為D_q，q表示預瞄距離論域的分級，q＝1…n；

②隸屬度函數選取，采用梯形隸屬度函數和三角形隸屬度函數相結合的函數；

③生成模糊規則，通過模糊條件語句根據①變化模糊化可知有n2條規則組成的模糊規則庫；

④解模糊化，選取重心法來解模糊化。

3.根據權利要求2所述的一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：所述模糊規則采用Mamdani法，其規則可以表示如下：IF：THEN：L_p＝_q，式中E_i、F_j、D_q分別為輸入、輸出變量的語言變量。