[發(fā)明專利]一種基于模型預(yù)測的車輛換道軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010909744.0
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN112092815B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝;代華強(qiáng);馮敏健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/18
• 分類號(hào): B60W30/18;B60W50/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種基于模型預(yù)測的車輛換道軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，包括：

步驟一、建立基于正反梯形橫擺角加速度的換道期望換道軌跡模型，然后利用期望總換道橫向位移，期望橫擺角加速度曲線，得到期望換道軌跡參數(shù)，再對(duì)期望換道軌跡擬合成高階多項(xiàng)式；

所述的期望總換道橫向位移為車道寬度；所述的期望橫擺角加速度曲線是將車輛換道過程中的期望橫擺角加速度表示為隨時(shí)間呈正反梯形變化規(guī)律的曲線，其中，正梯形或反梯形的下底對(duì)應(yīng)的值為0，上底對(duì)應(yīng)的值為期望橫擺角加速度最大值或最小值為未知參數(shù)；所述的期望換道軌跡參數(shù)包括

建立的期望橫擺角加速度隨時(shí)間的曲線，包括正等腰梯形曲線和反等腰梯形曲線，梯形的底角都相等；處于梯形的腰的時(shí)間段時(shí)，期望橫擺角加速度均勻增加到最大值或均勻減少到最小值，處于梯形的底的時(shí)間段時(shí)，期望橫擺角加速度保持在最大值或最小值；

步驟二、對(duì)換道車輛進(jìn)行受力分析，建立三自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型；

步驟三、將非線性的三自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為離散線性預(yù)測模型，建立模型預(yù)測控制器的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，在根據(jù)步驟一的期望換道軌跡獲得預(yù)測時(shí)刻的車輛質(zhì)心坐標(biāo)后，計(jì)算輸出控制車輛運(yùn)動(dòng)的控制變量；

所述的離散線性預(yù)測模型中，設(shè)置狀態(tài)變量為控制變量為u＝[δ_f,F_xf]^T，輸出變量為設(shè)換道車輛坐標(biāo)系為oxyz，地面坐標(biāo)系為OXYZ，X、Y分別為換道車輛質(zhì)心在地面坐標(biāo)系下的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，分別為換道車輛橫擺角和橫擺角速度，分別為換道車輛質(zhì)心絕對(duì)速度的x軸分量和y軸分量，δ_f為換道車輛前輪轉(zhuǎn)角，F(xiàn)_xf為換道車輛的前輪驅(qū)動(dòng)力在x軸上的分量，上角標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置；

所述的模型預(yù)測控制器用于計(jì)算控制變量增量序列，所述的目標(biāo)函數(shù)是求取控制變量的增量序列，使得車輛跟蹤期望軌跡的偏差最小；所述的約束條件包括為控制變量增量設(shè)置上下界，設(shè)置變道車輛的前輪胎和后輪胎的側(cè)偏角不超過閾值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟一中，對(duì)期望橫擺角加速度關(guān)于時(shí)間的表達(dá)式，對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次分段積分得到換道過程中期望橫擺角關(guān)于時(shí)間的表達(dá)式，再結(jié)合換道車輛質(zhì)心關(guān)于時(shí)間的軌跡方程以及期望總換道橫向位移，求解未定參數(shù)進(jìn)而確定期望換道軌跡表達(dá)式，再進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合。