[發(fā)明專利]一種智能半掛牽引車軌跡跟蹤預(yù)測(cè)控制方法與車輛

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111172024.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN113830088B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅春雷;袁確堅(jiān);胡均平;段吉安;夏毅敏;趙海鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/165
• 分類號(hào): B60W30/165;B60W50/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙智路知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43244
• 代理人: 張毅

1.一種智能半掛牽引車軌跡跟蹤預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，包括以下方法：

S1、監(jiān)測(cè)并采集半掛牽引車的狀態(tài)變量，將所述狀態(tài)變量輸入改進(jìn)的狀態(tài)估計(jì)器進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)后輸入MPC控制器；

S2、MPC控制器中，先構(gòu)建基于跟蹤誤差的半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型；

S2.1、構(gòu)建半掛牽引車的側(cè)向運(yùn)動(dòng)偏差模型：

其中，u₁＝δ，u₂＝δ_ref，e_d表示距離偏差，即車輛后軸中心與其在道路中心線上的投影點(diǎn)之間的距離；表示航向偏差，即車輛后軸中心線與大地坐標(biāo)系X軸的夾角與道路中心線切向與大地坐標(biāo)系X軸的夾角的差值；δ表示牽引車前輪轉(zhuǎn)角；δ_ref表示由參考路徑獲取的前饋控制量；V_x1表示牽引車縱向車速；L₁表示牽引車軸距；

S2.2、分別構(gòu)建輪胎的線性化模型、半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)方程、牽引車的橫擺動(dòng)力學(xué)方程、掛車的橫擺動(dòng)力學(xué)方程、牽引車與掛車的耦合關(guān)系，再結(jié)合所述半掛牽引車的側(cè)向運(yùn)動(dòng)偏差模型，構(gòu)建半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)線性偏差方程，轉(zhuǎn)換成的狀態(tài)空間模型即基于跟蹤誤差的半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型；

所述半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)線性偏差方程：

其中u₁為控制變量，u₂為附加輸入量；

M矩陣為：

N矩陣為：

n₃₄＝-C_ytL₂

P矩陣為：

Q矩陣為：

所述狀態(tài)空間模型：

A＝M^-1N，B＝M^-1P，E＝M^-1Q，

其中，為輪胎的側(cè)偏剛度，α表示輪胎側(cè)偏角，F(xiàn)_y為輪胎側(cè)向力；F_yf為牽引車前輪側(cè)向力，F(xiàn)_yr為牽引車后軸側(cè)向力，F(xiàn)_yt為掛車后軸側(cè)向力，C_yf為牽引車前輪側(cè)偏剛度，C_yr為牽引車后輪側(cè)偏剛度，C_yt為掛車后輪側(cè)偏剛度，V_y1為牽引車橫向車速，V_x1為牽引車縱向車速，為牽引車的橫擺角，為掛車的橫擺角，λ為鉸接角，a₁為牽引車前軸至其質(zhì)心距離，a₂為牽引點(diǎn)至掛車質(zhì)心距離，b₁為牽引車后軸至其質(zhì)心距離，c₁為牽引點(diǎn)至牽引車質(zhì)心距離，L₁為牽引車軸距，L₂為掛車后輪到牽引點(diǎn)距離；m₁為牽引車質(zhì)量，m₂為掛車質(zhì)量，F(xiàn)_py為牽引點(diǎn)處牽引力側(cè)向力分量，I_Z1為牽引車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，I_Z2為掛車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，V_y2為掛車橫向車速，V_x2為掛車縱向車速；

S3、對(duì)所述基于跟蹤誤差的半掛牽引車的側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型離散化，得到半掛牽引車的預(yù)測(cè)模型，得到未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的預(yù)測(cè)狀態(tài)X(k)和未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出Y(k)；

S4、根據(jù)所述預(yù)測(cè)模型構(gòu)建半掛牽引車的目標(biāo)函數(shù)，并結(jié)合控制與輸出的約束條件得到帶約束的二次規(guī)劃問(wèn)題，再結(jié)合狀態(tài)約束條件得到最優(yōu)求解；

S5、將所述最優(yōu)求解作為下一時(shí)刻的控制變量，作用于半掛牽引車，返回步驟S1，下一時(shí)刻等同于下一輪中步驟S1中的當(dāng)前時(shí)刻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能半掛牽引車軌跡跟蹤預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，步驟S1中所述狀態(tài)變量包括：半掛牽引車輛的前輪轉(zhuǎn)角δ，縱向加速度，側(cè)向加速度，橫擺角速度，牽引車的各車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和路面附著系數(shù)信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能半掛牽引車軌跡跟蹤預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述縱向加速度，側(cè)向加速度，橫擺角速度，牽引車的各車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)加速度傳感器采集。