[發明專利]一種路徑跟隨模型預測控制方法、系統、裝置及存儲介質

在審

• 申請號: 202010565868.1
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111824146A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 付翔;孫錄哲;鐵鑫;楊鳳舉;劉道遠;吳森
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60W30/14
• 分類號: B60W30/14;B60W30/18;B60W40/00;B60W40/10;B60W60/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 何文聰

本發明公開了一種路徑跟隨模型預測控制方法、系統、裝置及存儲介質。方法包括：構建車輛的狀態空間模型；確定輪胎側偏角動態約束，根據所述輪胎側偏角動態約束和所述狀態空間模型，得到輪胎側偏角信息；構建車輛的路徑跟隨模型，根據所述路徑跟隨模型、所述狀態空間模型和所述輪胎側偏角信息，得到車輛的前輪轉角信息；根據所述前輪轉角信息，對車輛進行路徑跟隨控制。本發明實施例能夠在不同路面附著系數下將輪胎側偏角約束在合理范圍內，充分發揮了車輛軌跡跟蹤能力，在保證車輛行駛穩定性的同時提高了軌跡跟蹤精度，從而提高了車輛自動駕駛安全性和車輛路徑跟隨控制的準確性，進而提高了車輛的整體性能，可廣泛應用于車輛巡航控制技術領域。

技術領域

本發明涉及車輛巡航控制技術領域，尤其是一種路徑跟隨模型預測控制方法、系統、裝置及存儲介質。

背景技術

自動駕駛是實現交通事故“零死亡”的關鍵技術，自動駕駛汽車在本質上是一種四輪機器人，其利用傳感技術與計算機視覺技術來實現車輛對周圍環境的感知，然后利用所獲得的道路、行人等環境信息，決策規劃出安全的行駛軌跡，并控制執行器對規劃出的軌跡進行跟蹤，實現自動駕駛功能，從而提高汽車行駛安全性與可靠性，因此這項關鍵技術已經成為了近年來汽車行業的研究熱點之一。新能源汽車已成為行業公認的自動駕駛技術的理想平臺，而以輪轂電機驅動車輛為代表的新能源汽車，以其靈活、高效且精確的控制優勢，為先進控制算法的實現奠定了基礎，是自動駕駛技術的良好架構。軌跡跟蹤作為實現自動駕駛車輛精確運動控制的基本要求與關鍵技術，也是自動駕駛汽車實現智能化與實用化的首要條件。因此，研究輪轂電機驅動的自動駕駛車輛的軌跡跟蹤控制策略具有重要的理論意義與應用價值。

模型預測控制是一種閉環優化控制算法，在處理非線性系統約束優化問題中具有一定優勢，它不是采用一成不變的全局優化目標，而是在有限域內反復在線求解立足于當前時刻的局部優化目標，即能實現在線滾動優化，克服了時變、擾動等帶來的不確定性影響，提高系統的控制效果和魯棒性，廣泛應用于無人駕駛領域。

現有技術中，在進行控制器約束條件設計時，一般將輪胎側偏角約束值設為定值，但最大側向力所對應的輪胎側偏角與路面附著系數和輪胎垂直載荷等因素有關，因此，此方法并未考慮到實時動態變化的輪胎側偏角，并不能很好的適應不同附著系數路面工況以及四輪垂直載荷差異較大的工況，從而導致路徑跟隨控制出現偏差，降低了車輛路徑跟隨控制的準確性，同時也給車輛自動駕駛帶來安全隱患；亦有研究將輪胎側向力進行約束，但輪胎最大側向力的值與路面附著系數有關，因此，此方法對于未知路面附著系數的工況的適應能力差，同樣會產生上述問題。

發明內容

本發明的目的在于至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明實施例的一個目的在于提供一種路徑跟隨模型預測控制方法，該方法能夠在不同路面附著系數下將輪胎側偏角約束在合理范圍內，充分發揮了車輛軌跡跟蹤能力，在保證車輛行駛穩定性的同時提高了軌跡跟蹤精度，從而提高了車輛自動駕駛安全性和車輛路徑跟隨控制的準確性，進而提高了車輛的整體性能。

本發明實施例的另一個目的在于提供一種路徑跟隨模型預測控制系統。

為了達到上述技術目的，本發明實施例所采取的技術方案包括：

第一方面，本發明實施例提供了一種路徑跟隨模型預測控制方法，包括以下步驟：

構建車輛的狀態空間模型；

確定輪胎側偏角動態約束，根據所述輪胎側偏角動態約束和所述狀態空間模型，得到輪胎側偏角信息；

構建車輛的路徑跟隨模型，根據所述路徑跟隨模型、所述狀態空間模型和所述輪胎側偏角信息，得到車輛的前輪轉角信息；

根據所述前輪轉角信息，對車輛進行路徑跟隨控制。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述構建車輛的狀態空間模型這一步驟，其包括：