[发明专利]一种全线控电动汽车路径跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种全线控电动汽车路径跟踪控制方法，步骤为：对路径跟踪模块给定跟踪路径期望值；建立车辆状态模型与全线控电动汽车动力学模型；根据动力学稳定性指标值调节预测域长度；预测未来预测域内系统输出并通过滚动求解基于指数目标函数的优化问题，获得路径跟踪期望车体运动；通过期望运动模块、轮胎力分配模块与执行模块实现路径跟踪期望车体运动。本方法通过在线调解路径跟踪模块中预测域长度,兼顾了不同工况下对路径跟踪精度与稳定性的需求，提高了全线控电动汽车行驶安全性、路径跟踪控制鲁棒性与实时性。

技术领域

本发明涉及电动汽车控制领域，具体涉及一种全线控电动汽车路径跟踪控制方法。

背景技术

由于自主驾驶对驾驶安全性、灵活性与方便性的提升，使其受到了广泛关注。全线控电动汽车具有四轮独立驱动\制动\转向结构，由于其灵活的动力学特性，成为实现自动驾驶技术的理想载体。在全线控电动汽车自动驾驶技术中路径跟踪控制是实现自主驾驶的重要技术，其主要目的是在保证全线控电动汽车车辆稳定性的情况下控制其跟踪一条给定的参考路径。

不论在全线控电动汽车还是传统汽车的路径跟踪控制中，多采用模型预测控制，其主要实现方法为利用预测模型预测未来车辆路径跟踪控制系统输出，并通过滚动求解优化问题获得实现路径跟踪运动的最优控制量，其中预测域对汽车路径跟踪中跟踪精度与车辆自身动力学稳定性具有很大影响，而在现有关于利用模型预测控制方法实现路径跟踪控制的技术中，会将预测域固定地设定为一个常数值，这使车辆在实现路径跟踪过程中无法实时地适应车辆行驶工况，从而无法兼顾车辆路径跟踪精度与自身动力学稳定性——若设定一个较短的预测域，车辆在实现路径跟踪控制过程中，能够获得较高的跟踪精度，但是由于激进的跟踪运动会导致车辆动力学稳定性降低，这在紧急行驶工况中是十分危险的；为保证车辆动力学稳定性，多选择一个大的预测域长度，但在稳定行驶工况中，基于长预测域的模型预测路径跟踪控制难以精确跟踪参考路径，此外，基于长预测域的模型预测控制系统本身具有严重的数学问题，导致对外部的轻微扰动具有高敏感度，这降低了路径跟踪控制模块的鲁棒性，并增加了计算复杂度。

发明内容

本发明设计开发了一种全线控电动汽车路径跟踪控制方法，本发明的目的是解决现有的全线控电动汽车路径跟踪控制方法中存在的固定预测域模型预测控制方法不能自适应满足不同行驶工况中对车辆跟踪精度与稳定性的需求的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种全线控电动汽车路径跟踪控制方法，包括如下步骤：

步骤一、确定跟踪参考路径期望值；

步骤二、建立车辆状态预测模型与全线控电动汽车动力学模型；

步骤三、计算当前时刻动力学稳定性指标值Q_stbd(k)，结合预测域长度对车辆跟踪精度及车辆动力学稳定性的影响，在线调整当前时刻预测域长度；

步骤四、预测路径跟踪模块未来系统输出，建立路径跟踪优化目标函数，实时获得跟踪参考路径的前轮转角，并获得用于跟踪给定参考路径期望值的期望车体运动；

步骤五、结合全线控电动汽车动力学模型及稳定性约束，实现路径跟踪期望车体运动。

优选的是，在所述步骤二中，建立所述车辆状态预测模型包括：

建立非线性三自由度车辆状态预测模型：

式中，X与Y分别为大地坐标下车辆纵向位移与侧向位移，V_x与V_y分别为车辆纵向车速与侧向车速，C_lf与C_lr分别为前轮与后轮纵偏刚度，C_cr与C_cr分别为前轮和后轮的等效侧偏刚度，m为车体质量，ψ为车辆横摆角，l_f与l_r分别表示车辆前轴、后轴至车辆质心距离；