[發(fā)明專利]一種抗側傾的商用車路徑跟蹤博弈控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111180028.4
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113978450B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 武健;閆揚;夏建偉;包春江;孫偉;陳崢峰;袁修華
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B60W30/09;B60W60/00;B60W30/04;B60W10/20
• 代理公司: 山東舜天律師事務所 37226
• 代理人: 李新海

1.一種抗側傾的商用車路徑跟蹤博弈控制方法，其特征在于包含以下步驟：

(1)根據(jù)汽車的參數(shù)構造商用車橫擺-側傾耦合模型，并離散化；

(2)路徑跟蹤系統(tǒng)即主動前輪轉向系統(tǒng)，進行緊急避障時的橫向自動軌跡控制，主動抗側傾系統(tǒng)保證車輛緊急避障時的橫向穩(wěn)定性，根據(jù)各自的任務選取加權項，分別構造輸出變量，選取預瞄點處的橫向位置偏差與航向角偏差作為路徑跟蹤系統(tǒng)輸出變量的加權項，將商用車簧載質量側傾角、前軸歸一化載荷轉移、后軸歸一化載荷轉移、簧載質量與前軸非簧載質量側傾角之差、簧載質量與后軸非簧載質量側傾角之差作為主動抗側傾系統(tǒng)輸出變量的加權項；

(3)基于Stackelberg均衡的考慮側傾穩(wěn)定性的商用車路徑跟蹤博弈控制方案；

(4)基于分布式模型預測控制方法求解抗側傾的商用車路徑跟蹤博弈控制方法；

所述的步驟(1)根據(jù)汽車的參數(shù)構造商用車橫擺-側傾耦合三自由度車輛模型并離散化處理，包含以下步驟：

1)假定輪胎側向力是輪胎滑移角的線性函數(shù)，該模型的狀態(tài)變量包含車輛的質心側偏角β，單位為deg；橫擺角速度單位為deg/s；簧載質量側傾角單位為deg；簧載質量側傾角速度單位為deg/s；前軸非簧載質量側傾角單位為deg；后軸非簧載質量側傾角單位為deg；側向位移y，單位為m；以及車輛橫擺角ψ，單位為deg；

2)車輛的運動由車輛質心的側向位移、速度以及車輛的橫擺角來表示，如公式(1)所示：

其中表示車輛的側向位移對時間的導數(shù)，單位為m/s；v_y表示車輛的橫向速度，單位為m/s；ψ表示車輛的橫擺角，單位為deg；v_x表示車輛的縱向速度，單位為m/s；

高速時車輛的橫擺角ψ很小，其影響忽略不計，所以公式(1)簡化表示為；

其中β表示車輛的質心側偏角，單位為deg；

3)在抗側傾的商用車路徑跟蹤博弈控制方法中，方向盤轉角δ_f與主動抗側傾力矩T_a＝[T_f?T_r]^T分別作為主動前輪轉向系統(tǒng)與主動抗側傾系統(tǒng)的控制輸入，其中T_f為前軸主動抗側傾力矩，T_r為后軸主動抗側傾力矩；結合公式(2)帶入三自由度車輛模型中，建立車輛橫擺-側傾耦合三自由度車輛模型的狀態(tài)方程，如式(3)所示：

其中：

式中：

其中，A_c為狀態(tài)系數(shù)矩陣，B_1c為前輪轉角系數(shù)矩陣，B_2c為主動抗側傾系統(tǒng)產生的主動抗側傾力矩的系數(shù)矩陣，δ_f為前輪轉角，單位為deg，T_a＝[T_f?T_r]^T為主動抗側傾桿產生的主動抗側傾力矩，T_f為前軸主動抗側傾力矩，T_r為后軸主動抗側傾力矩，單位為Mpa，表示連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)變量，β為車輛的質心側偏角，單位為deg，為車輛橫擺角速度，單位為deg/s，為簧為載質量側傾角，單位為deg，為簧為載質量側傾角速度，單位為deg/s，描述車輛的前軸非簧載質量，單位為deg，描述車輛的后軸非簧載質量，單位為deg，_y為地面坐標系下車輛的側向位移，單位為m，ψ為車輛橫擺角，單位為deg，m_s為簧載質量，m為總質量，m_uf為前軸非簧載質量，m_ur為后軸非簧載質量，g為地球重力加速度，v_x為縱向速度，v_y為橫向速度，h為簧載質量質心離側傾軸線距離，r為側傾軸線離地高度，h_uf為前軸非簧載質量質心離地高度，h_ur為后軸非簧載質量質心離地高度，a_y為側向加速度，C_f為前軸等效側偏剛度，C_r為后軸等效側偏剛度，l_f為質心離前軸距離，l_r為質心離后軸距離，K_tf為前軸輪胎側傾剛度，K_tr為后軸輪胎側傾剛度，a_f為前軸等效側偏角，a_r為后軸等效側偏角，I_xx為簧載質量繞x軸轉動慣量，I_zz為簧載質量繞z軸轉動慣量，b_f為前懸架等效阻尼，b_r為后懸架等效阻尼，K_f為前懸架等效側傾剛度，l_w為二分之一輪距，I_xz為簧載質量橫擺-側傾慣性積，μ為路面附著系數(shù)；

4)將提出的抗側傾的商用車路徑跟蹤博弈控制方法的狀態(tài)方程(3)以T_s為樣本離散化，得到用于交互控制策略設計的離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程：

x(k+1)＝Ax(k)+B₁δ_f(k)+B₂T_a(k)??????????????????????(4)

其中為離散時間系統(tǒng)狀態(tài)系數(shù)矩陣，T_s為離散化樣本時間，為離散時間系統(tǒng)前輪轉角系數(shù)矩陣，為離散時間系統(tǒng)主動抗側傾力矩的系數(shù)矩陣，x(k)和x(k+1)分別表示當前和下一個時間步的(3)系統(tǒng)狀態(tài)方程的離散狀態(tài)，A，Β₁，B₂分別由相應的連續(xù)時間矩陣A_c，Β_1c，B_2c的離散雙線性變換得到；

所述的步驟(3)中，基于Stackelberg均衡的考慮側傾穩(wěn)定性的商用車路徑跟蹤博弈控制方案，包括以下步驟：

1)根據(jù)Stackelberg博弈理論，將商用車的路徑跟蹤主動前輪轉向系統(tǒng)和主動抗側傾系統(tǒng)，看成博弈的兩個參與者，各自決策并進行交互，將主動前輪轉向系統(tǒng)看成博弈的領導者，把主動抗側傾系統(tǒng)看成博弈的跟隨者，領導者在充分考慮跟隨者決策的同時，做出最優(yōu)決策，使自身利益達到最大化，當每個參與者在另一個參與者決策既定的條件下使自己的利益達到最大化時，二者之間達到Stackelberg均衡；

開環(huán)交互控制方案概述了主動前輪轉向系統(tǒng)如何通過領導-跟隨博弈控制與主動抗側傾控制器交互；通過此方案，主動抗側傾系統(tǒng)在時間步長k基于車輛狀態(tài)x(k)和主動前輪轉向系統(tǒng)的控制轉角輸入δ_f(k)，來確定主動抗側傾系統(tǒng)的控制輸入T_a，故主動抗側傾系統(tǒng)的抗側傾控制策略表示為x(k)和δ_f(k)的函數(shù)，如下：

T_a＝f₂(x(k),δ_f(k))???????????????????????????(8)

f₂(·)為主動抗側傾系統(tǒng)得到最佳控制輸入T_a的策略規(guī)則；f₂(·)需要考慮兩方面：1)確定保證車輛穩(wěn)定性的控制輸入T_a，2)保證控制輸入T_a抵抗主動前輪轉向系統(tǒng)的控制輸入δ_f(k)的干擾；

2)另一方面，對主動前輪轉向系統(tǒng)進行建模，通過預瞄期望道路信息R(k)，車輛狀態(tài)x(k)和主動抗側傾系統(tǒng)的控制策略(8)來推導主動前輪轉向系統(tǒng)的控制策略；假設主動前輪轉向系統(tǒng)考慮到主動抗側傾系統(tǒng)的控制策略(8)，并通過對車輛前輪轉角的控制來減輕其影響；因此，主動前輪轉向系統(tǒng)的控制輸入δ_f(k)滿足：

δ_f(k)＝f₁(R(k),x(k),f₂(x(k),δ_f(k)))?????????????????(9)

f₁(·)為主動前輪轉向系統(tǒng)得到最佳控制輸入δ_f(k)的策略規(guī)則；

根據(jù)式(8)可得，主動抗側傾控制系統(tǒng)作為博弈中的跟隨者，需要對任意主動前輪轉向系統(tǒng)的控制策略進行響應；另一方面，主動前輪轉向系統(tǒng)作為博弈中的領導者，在推導自己的控制策略(9)的同時，必須考慮到主動抗側傾系統(tǒng)的控制策略(8)；因此，主動前輪轉向系統(tǒng)與主動抗側傾系統(tǒng)將滿足式(10)如下：

其中，與分別為主動前輪轉向系統(tǒng)與主動抗側傾系統(tǒng)的最優(yōu)控制輸入，而f₁^*(·)與f₂^*(·)表示控制輸入與系統(tǒng)之間的映射規(guī)則；這里的“最優(yōu)”表示與作為兩個系統(tǒng)的控制輸入將在數(shù)學上最小化兩系統(tǒng)各自的性能指標函數(shù)。