[發(fā)明專利]一種基于HJI理論的4WID-4WIS汽車路徑跟蹤控制方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210120872.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN114537402A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李丹陽(yáng);趙又群;孫馨雨;虞志浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W40/00
• 分類號(hào): B60W40/00;B60W50/00;B60W50/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張寧馨

本發(fā)明公開了一種基于HJI理論的4WID?4WIS汽車路徑跟蹤控制方法及系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含信息感知、人機(jī)交互、轉(zhuǎn)向控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和下層執(zhí)行五個(gè)模塊；所述信息感知模塊用于獲取車輛狀態(tài)參數(shù)；本發(fā)明利用Hamilton?Jacobi?Issacs不等式設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角控制律和自適應(yīng)控制律，將逼近誤差干擾對(duì)系統(tǒng)的影響衰減到規(guī)定水平以下；轉(zhuǎn)向控制模塊獲取車輛前后輪轉(zhuǎn)角控制律，同時(shí)設(shè)計(jì)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)系統(tǒng)未知干擾進(jìn)行逼近，設(shè)計(jì)合適的李雅普諾夫函數(shù)和干擾抑制評(píng)價(jià)指標(biāo)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路徑情況和車輛穩(wěn)定性，在車輛狀態(tài)異常時(shí)將信息及時(shí)傳遞給人機(jī)交互模塊，同時(shí)啟動(dòng)直接橫擺力矩控制，保證車輛行駛安全；本發(fā)明可有效降低未知干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于HJI理論的4WID-4WIS汽車路徑跟蹤控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于輪轂電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)的四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向-獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(4WIS-4WID)車輛是一種多執(zhí)行機(jī)構(gòu)、多控制自由度的先進(jìn)車型，可實(shí)現(xiàn)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向，在實(shí)現(xiàn)多種車輛主動(dòng)安全技術(shù)協(xié)調(diào)與集成控制方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是未來智能電動(dòng)汽車的重要方向之一。

目前，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)多被用于汽車主動(dòng)安全控制，以實(shí)現(xiàn)車輛的橫向穩(wěn)定，如在中國(guó)專利ZL201911423195X中，利用四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型預(yù)測(cè)控制方法對(duì)車輛質(zhì)心側(cè)偏角和橫向加速度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)車輛行駛穩(wěn)定性。但針對(duì)4WIS-4WID車輛的路徑跟蹤控制研究還較少，未充分利用其在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的優(yōu)勢(shì)。

智能車輛的路徑跟蹤控制指如何控制車輛沿規(guī)劃的路徑行駛，并保證車輛的行駛安全性與乘坐舒適性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)兩輪轉(zhuǎn)向車輛進(jìn)行了大量研究，提出了最優(yōu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、滑模控制等許多先進(jìn)控制方法，然而由于車輛縱橫向動(dòng)力學(xué)機(jī)理復(fù)雜及各種控制方法自身缺陷，目前對(duì)車輛的路徑跟蹤控制仍存在許多未解決的問題，如控制算法計(jì)算量大、車輛模型存在時(shí)變不確定性與未知干擾等。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBFNN逼近系統(tǒng)的未知干擾項(xiàng)，同時(shí)利用Hamilton-Jacobi-Issacs(HJI)不等式設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向控制器以提高系統(tǒng)的魯棒性，提出了一種基于HJI理論的4WID/4WIS汽車路徑跟蹤控制系統(tǒng)與方法，具體采用如下技術(shù)方案：

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于HJI理論的4WID-4WIS汽車路徑跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、根據(jù)4WID-4WIS汽車二自由度側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型建立跟蹤誤差變量的二階動(dòng)力學(xué)方程；

步驟S2、根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)方程建立控制系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；

步驟S3、建立徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，所述徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)所述系統(tǒng)狀態(tài)空間模型中的未知干擾項(xiàng)進(jìn)行實(shí)時(shí)逼近，提高控制系統(tǒng)的跟蹤性能；

步驟S4、建立評(píng)判系統(tǒng)干擾抑制能力的性能指標(biāo)；

步驟S5、設(shè)計(jì)Lyapunov函數(shù)和干擾抑制評(píng)價(jià)指標(biāo)，并基于HJI不等式設(shè)計(jì)前后輪轉(zhuǎn)向角控制律及徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制律。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中動(dòng)力學(xué)方程表示如下：

其中e＝[e₁,e₂]^T，e₁為車輛當(dāng)前位置誤差，e₂為車輛當(dāng)前方向誤差；u＝[δ_f,δ_r]^T，其中δ_f為前輪轉(zhuǎn)角，δ_r為后輪轉(zhuǎn)角；為理論的方向變化率，d為系統(tǒng)受外界未知干擾項(xiàng)，A、A₁、B、B₁為系統(tǒng)參數(shù)矩陣，具體如下：