[發明專利]一種基于切換控制的自主車輛路徑跟蹤與穩定性控制方法

有效

• 申請號: 202110460774.2
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113176733B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 李攀碩;魯仁全;李鴻一;周琪
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張生梅

本發明公開了一種基于切換控制的自主車輛路徑跟蹤與穩定性控制方法，包括如下步驟：S1、采集車輛固有參數和車輛運行過程中的實時參數；S2、利用采集的車輛參數，建立包含參數不確定和時變參數的狀態反饋切換控制模型；S3、設計切換控制器；S4、求解出切換控制器的增益；S5、將得到的切換控制器的增益與系統狀態進行運算，得到所需的控制量，從而對系統進行控制。本發明考慮到車輛參數的不確定性問題，使所建立的模型和設計的控制器更符合實際，而且既能滿足大范圍不同車速下的控制需求，又能夠同時提高路徑跟蹤的精確性和橫向穩定性。

技術領域

本發明涉及車輛控制的技術領域，尤其涉及到一種基于切換控制的自主車輛路徑跟蹤與穩定性控制方法。

背景技術

近年來，無人駕駛自主車輛在智能交通系統的發展中備受關注，并且發揮著越來越重要的作用。自主車輛在減少交通事故、緩解交通壓力和節約能源方面具有巨大的潛力，此外，在軍事和商業領域也都有非常廣泛的應用。路徑跟蹤控制作為自主車輛系統最基本的控制問題之一，受到了廣泛的關注，并在各種自主系統中取得了一些研究成果。在自主車輛的路徑跟蹤控制中，希望車輛能夠準確地遵循參考路徑，同時保證車輛的動態穩定性，從而實現無人自主車輛在在各種環境下的正常穩定行駛。另一方面，車輛行駛過程中的穩定性控制也是提升車輛行駛安全性的一個重要課題，其不僅存在于傳統車輛中，在新型無人自主車輛中也不可或缺。隨著技術的發展，車輛主動安全控制技術必將成為主流。主動安全控制通過在車輛行駛過程中實時監測一些關鍵參數，并判斷車輛實時狀態，從而施加控制來保證車輛的行駛穩定性和操縱性能，避免發生危險情況。

現有技術中，申請公告號為：CN111923908A，名字為：一種融合穩定性的智能汽車路徑跟蹤控制方法，其設計了路徑跟蹤控制器，并基于PID算法設計了整車穩定性控制器，但該技術滿足不了大范圍不同車速下的控制需求，另外，在控制器設計過程中也沒有考慮到車輛參數的不確定性問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能滿足大范圍不同車速下的控制需求、考慮到車輛參數的不確定性問題的基于切換控制的自主車輛路徑跟蹤與穩定性控制方法。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：

一種基于切換控制的自主車輛路徑跟蹤與穩定性控制方法，包括如下步驟：

S1、采集車輛固有參數和車輛運行過程中的實時參數；

S2、利用采集的車輛參數，建立包含參數不確定和時變參數的狀態反饋切換控制模型；

S3、設計切換控制器；

S4、求解出切換控制器的增益；

S5、將得到的切換控制器的增益與系統狀態進行運算，得到所需的控制量，從而對系統進行控制。

進一步地，所述步驟S1中，

固有參數包括：車輛總質量m，車身轉動慣量I_z，前、后軸到車輛重心的距離l_f、l_r，前、后輪輪胎的側偏剛度C_f、C_r；

實時參數包括：前輪轉向角δ，車輛縱向速度v_x，車輛橫向速度v_y，橫擺角速度r，質心側偏角β；e_y為車輛重心到期望路徑之間的橫向偏移距離，φ為車輛實際航向和期望路徑的切線方向之間的航向偏移，l_s為車輛重心點距離期望路徑上的預瞄點之間的縱向距離，κ(t)為期望路徑在預瞄點處的曲率。

進一步地，所述步驟S2建立包含參數不確定和時變參數的狀態反饋切換控制模型的具體過程如下：

S2-1、建立車輛二自由度模型來表征車輛的橫向動力學：

根據牛頓力學定律，可得到以下方程：