[發明專利]一種考慮輸入飽和的自適應動態滑模自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 202110395671.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113126623B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 趙健;杜金朋;朱冰;陳虹旭
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 鞠傳龍

本發明公開了一種考慮輸入飽和的自適應動態滑模自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法，其方法為：步驟一、建立一種同時考慮運動學與二自由度車輛動力學的綜合路徑跟蹤模型；步驟二、基于反步法的思想，利用動態滑模控制理論設計車輛前輪轉角控制率；步驟三、使用基于等價確定性原則的自適應方法對不確定項實時估計；步驟四、考慮控制輸入飽和問題，采用飽和誤差動態補償方法對自適應控制率進行修正；有益效果：能夠充分考慮路徑跟蹤時車輛的運動學和動力學特性。本發明通過構建控制飽和補償的輔助補償系統，改進了本發明在步驟三設計的自適應控制器，通過解決帶有輸入飽和約束控制問題，保證車輛路徑跟蹤過程中的行駛穩定性。

技術領域

本發明涉及一種自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法，特別涉及一種考慮輸入飽和的自適應動態滑模自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法。

背景技術

近年來，交通擁堵、意外傷害和環境污染等社會問題日益嚴重。自動駕駛車輛由于其無需駕駛員操作的優勢并被認為是提高道路利用率、提高車輛安全性、降低移動成本的有效而系統的方法。路徑跟蹤模塊在決定自動駕駛車輛的自主駕駛表現方面發揮著極其重要的作用，它致力于以盡可能高的精度，連續且平滑地跟蹤由路徑規劃模塊決策出的期望路徑。但是自動駕駛電動車輛具有的參數不確定性和不可避免的外部干擾等問題給設計路徑跟蹤控制器帶來了挑戰。

路徑跟蹤算法通常以期望路徑坐標點為控制器輸入，首先確定車輛當前位置與期望路徑的橫向位置偏差和航向角偏差，然后以此計算合理的前輪轉角以保證車輛保持在期望路徑上。常見的路徑跟蹤控制算法包括包括預瞄控制，滑模控制，模型預測控制等。如中國專利公布號CN109318905A，公布日2018-09-25，根據車速的不同，在低速下使用預瞄控制進行跟蹤，高速下使用模型預測控制進行跟蹤，同時設計模糊規則對二者進行加權，但是模型預測控制的求解速度相對較慢，在車輛高速行駛過程中并不可靠，并且預瞄控制由于本身精度不高，不利于對高速下的跟蹤誤差進行補償。中國專利公布號CN108973769A，公布日2018.12.11，采用多級控制架構進行路徑跟蹤算法的研究，通過模型預測控制計算期望車體運動，然后利用一階滑模控制計算期望輪胎力，最后通過底層執行器進行分配，算法整體計算量較大，需要求解兩個最優控制問題，數學處理復雜。與上一專利相同，CN109606379A同樣使用一階滑模控制進行期望方向盤轉角和附加橫擺力矩的計算，為避免一階滑模控制的抖振缺陷，使用了飽和函數代替切換函數，但是會因此降低控制精度。中國專利公布號CN111897344A，公布日2020.11.06，采用魯棒最優控制分別設計穩態和非穩態下的路徑跟蹤控制器，并通過橫向狀態檢測器進行兩種控制器的分情況觸發，但是設計過程中沒有考慮執行器的飽和約束。

由于車輛本身存在時變非線性特性，并且在車輛與環境的實際交互過程中，存在若干未知干擾，因此需要控制算法具有較高的魯棒性和自適應能力。上述算法中預瞄控制魯棒性較差；常規的滑模控制抵抗干擾能力強但是存在輸出抖振問題；模型預測控制對模型精度和處理器實時計算能力要求高，在實際應用中有較多限制；魯棒控制的設計過程復雜。因此設計出一種能夠處理參數不確定性，不可避免的外部干擾等因素的實用型路徑跟蹤控制算法至關重要。

發明內容

本發明的目的是為了解決自動駕駛車輛路徑跟蹤過程中的參數不確定和外部未知干擾等問題，而提供的一種考慮輸入飽和的自適應動態滑模自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法。

本發明提供的考慮輸入飽和的自適應動態滑模自動駕駛車輛路徑跟蹤控制方法，其方法包括如下步驟：

步驟一、建立一種同時考慮運動學與二自由度車輛動力學的綜合路徑跟蹤模型；

基于車輛運動學的路徑跟蹤誤差模型如下所示：

式中e_y為車輛質心與期望路徑上對應點在車輛質心坐標系y軸上的距離；v_x為車輛縱向速度；v_y為車輛橫向速度；為車輛航向角與期望路徑上對應點的航向角差值；ρ為期望路徑上對應點的曲率；r為車輛橫擺角速度；