[發(fā)明專利]一種基于Fiala刷子輪胎模型的多點預(yù)瞄LQR橫向控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010214423.9 | 申請日： | 2020-03-24 |
| 公開（公告）號： | CN111399380B | 公開（公告）日： | 2021-10-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 秦兆博;胡云卿;尚敬;劉海濤;秦洪懋;胡滿江;陳亮;丁榮軍;秦曉輝;徐彪;謝國濤;王曉偉;邊有鋼;陳鑫 | 申請（專利權(quán)）人： | 湖南大學(xué);中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 廣州容大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44326 | 代理人： | 劉新年 |
| 地址： | 410082 湖*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 fiala 刷子 輪胎 模型 多點 lqr 橫向 控制 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種基于Fiala刷子輪胎模型的多點預(yù)瞄LQR橫向控制方法，該方法包括：步驟1，建立車輛二自由度動力學(xué)模型及基于車輛打擊中心的跟蹤誤差模型；步驟2，建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程；步驟3，將路徑曲率作為擾動量與系統(tǒng)的狀態(tài)向量合并構(gòu)造一個增廣的LQR控制問題；步驟4，通過求解增廣LQR系統(tǒng)的Riccati方程得到最優(yōu)的前饋控制量和反饋控制量；步驟5，利用得到的最優(yōu)控制量——前輪側(cè)偏力。本發(fā)明不僅能夠在有限時域內(nèi)通過LQR控制器預(yù)瞄多個路點的曲率信息，而且還可以在車輛具有較大橫向加速度的情況下通過前輪轉(zhuǎn)角約束前輪側(cè)偏力，使車輛可以保持良好的橫向穩(wěn)定性和路徑跟蹤精度，避免了在極限工況下車輛因輪胎力飽和而出現(xiàn)失穩(wěn)的狀況。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明智能車輛橫向控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于Fiala刷子輪胎模型的多點預(yù)瞄LQR橫向控制方法。
背景技術(shù)
近年來，汽車的保有量不斷上升，交通技術(shù)能力不斷提高，對汽車的智能駕駛駕駛技術(shù)的需求也在增加，基于現(xiàn)實的需求，開展了對智能車輛運(yùn)動控制相關(guān)技術(shù)的研究及探索。智能車輛運(yùn)動控制技術(shù)根據(jù)控制目標(biāo)的不同分為橫向控制和縱向控制兩類。其中，橫向控制技術(shù)是實現(xiàn)智能車輛自主駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能車輛的橫向控制是在保證行駛安全性和舒適性的前提下，通過控制車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使得車輛能沿著期望路徑行駛。
現(xiàn)有的一些橫向控制算法，如PID、模型預(yù)測控制、最優(yōu)控制等控制算法基本都在提升路徑跟蹤的誤差精度，但是在真實的道路狀況下，車輛常常會因為一些突發(fā)情況偏離期望路徑，并且當(dāng)車速過高時，車輪側(cè)偏力會接近飽和以至于車輛發(fā)生側(cè)滑運(yùn)動，車輛容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于Fiala刷子輪胎模型的多點預(yù)瞄LQR橫向控制方法來克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明不僅能夠在有限時域內(nèi)通過LQR控制器預(yù)瞄多個路點的曲率信息，而且還可以在車輛具有較大橫向加速度的情況下通過前輪轉(zhuǎn)角約束前輪側(cè)偏力，使車輛可以保持良好的橫向穩(wěn)定性和路徑跟蹤精度，避免了在極限工況下車輛因輪胎力飽和而出現(xiàn)失穩(wěn)的狀況。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種基于Fiala刷子輪胎模型的多點預(yù)瞄LQR橫向控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
步驟1，建立車輛二自由度動力學(xué)模型及基于車輛打擊中心的跟蹤誤差模型；
步驟2，建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程；
步驟3，將路徑曲率作為擾動量與系統(tǒng)的狀態(tài)向量合并構(gòu)造一個增廣的LQR控制問題；
步驟4，通過求解增廣LQR系統(tǒng)的Riccati方程得到最優(yōu)的前饋控制量和反饋控制量；
步驟5，根據(jù)步驟4中得到的最優(yōu)的前饋控制量和反饋控制量獲得前輪側(cè)偏力，基于獲得的前輪側(cè)偏力前提下根據(jù)Fiala刷子輪胎模型得到前輪側(cè)偏角，進(jìn)而得到前輪轉(zhuǎn)角，然后根據(jù)獲得的前輪轉(zhuǎn)角對車輛進(jìn)行橫向控制。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1中的車輛二自由度動力學(xué)模型為：
式中，F(xiàn)f為前輪側(cè)偏力，F(xiàn)r為后輪側(cè)偏力，m為車輛的質(zhì)量，Uy和Ux分別為橫向速度和縱向速度，r為車輛橫擺角速度，a和b分別為前軸、后軸與車輛質(zhì)心的距離，Iz為車輛轉(zhuǎn)向慣性矩。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1中的基于車輛打擊中心的跟蹤誤差模型為：
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