[發明專利]一種車輛路徑跟蹤與車身姿態協同控制方法

在審

• 申請號: 202210704771.3
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114954432A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 葉青;高超俊;汪若塵;孟祥鵬;孫澤宇;丁仁凱
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B60W30/02
• 分類號: B60W30/02;B60W30/04;B60W10/22;B60W50/14;B60G17/0195;B60T7/12
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 胡德水

1.一種車輛路徑跟蹤與車身姿態協同控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、智能車輛開啟路徑跟蹤于車身姿態協同控制器，且期望路徑為一條已知坐標的曲線；

步驟2、開啟車輛狀態監測裝置，實時監測車輛的路徑跟蹤精度、操縱穩定性度量值、舒適度度量值；智能車輛的行駛情景分為三大類：1.路徑跟蹤精度良好；2.路徑跟蹤精度不夠，且有換道條件；3.路徑跟蹤精度不夠，且無換道條件；具體的八種行駛情景如下：

1)當路徑跟蹤精度、操縱穩定性度量值、舒適性度量值都低于相應設定的閾值時，車輛正常行駛，對車輛正常路徑跟蹤；

2)當路徑跟蹤精度低于設定閾值，但操縱穩定性和舒適性度量值有不滿足設定閾值或者都不滿足設定閾值時，對車輛進行車身姿態補償；

3)當路徑跟蹤精度不滿足設定閾值且有換道條件、無側翻危險時，車輛的操縱穩定性和舒適性優先，對車輛進行車身姿態補償；

4)當路徑跟蹤精度不滿足設定閾值且有換道條件，但變道有側翻危險時，車輛的安全性優先，在變道前先對車輛進行減速糾正，糾正成功則變道且對車輛進行車身姿態補償；

5)糾正失敗則無法變道，此時自動緊急制動系統AEB啟動并且預警、提醒駕駛員介入；

6)當路徑跟蹤精度不滿足設定閾值且沒有換道條件時，對車輛進行路徑跟蹤補償，路徑跟蹤補償后操縱穩定性沒有惡化，則按照此邏輯控制車輛；

7)當路徑跟蹤精度不滿足設定閾值且沒有換道條件時，對車輛進行路徑跟蹤補償，路徑跟蹤補償后，操縱穩定性惡化，此時還需要對車輛進行車身姿態補償控制；

8)當車身姿態補償和路徑跟蹤精度補償控制都無法有效糾正車輛狀態時，需要緊急制動減速、預警、駕駛員介入操作等控制；

步驟3、根據步驟2的八種行駛情景實時監測結果，智能車輛采取相應的控制策略，并對協同控制策略進行評價，更新車輛狀態，進一步對車輛進行相應控制，直至路徑跟蹤功能結束。

2.根據權利要求1所述的一種車輛路徑跟蹤與車身姿態協同控制方法，其特征在于，第1)種行駛情景實時監測結果，智能車輛采取相應的控制策略，通過以下步驟實現：

步驟2A-1、基于二自由度車輛動力學方程，建立二自由度車輛動力學模型，根據輪胎的側偏角與車輛質心側偏角、橫擺角速度及質心距前后軸的距離等參數關系，結合牛頓第二定律進一步整理，得到線性二自由度模型的運動微分方程為：

式中m——整車質量；

C_f、Cr——為前后輪線性側偏剛度；

l_f、l_r——為車輛質心距前后軸的距離；

I_Z——整車繞Z軸的轉動慣量；

δ_f——前輪轉角；

V_x——縱向車速；

β——質心側偏角；

r——橫擺角速度；

步驟2A-2：預瞄誤差系統的設計；路徑跟蹤技術是指智能車輛在實際行駛過程中，通過傳感器獲取相應的道路信息，運用合適的控制算法控制車輛的行駛方向，從而使得車輛在行駛過程中不偏離設定的軌跡，同時還能保證行駛過程中的安全性；預瞄誤差模型的輸入包括了車輛動力學模型的輸出質心側偏角β和橫擺角速度r，以及外部輸入道路曲率ρ和預瞄距離x_e，預瞄誤差模型的輸出為橫向位移偏差y_e和橫向方位偏差e，車輛的預瞄誤差模型公式：

式中y_e——橫向位移偏差；

v_y——橫向速度；

v_x——縱向車速；

e——橫向方位偏差；

r——橫擺角速度；

ρ——道路曲率；

x_e——預瞄距離；

步驟2A-3：在對橫向位移偏差y_e和橫向方位偏差e進行權重分配之后作為綜合偏差E；

步驟2A-4：將步驟2A-3得到的綜合偏差E輸入到PID控制器中，經過一系列的計算之后輸出了車輛的前輪轉角δ_f作為車輛動力學模型的控制量，以此形成了路徑跟蹤橫向運動的閉環控制系統，實現路徑跟蹤功能。