[发明专利]基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法，用于控制目标车辆的方向盘转角，以实现在行驶过程中对所述目标车辆的横向控制；其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101，实时采集所述目标车辆的期望路径，横摆角速度ω_r，车速v_x以及质心侧偏角β；

步骤S102，获取所述目标车辆的轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α，建立二自由度状态空间方程；利用分段仿射的方法将轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α关系中非线性的部分线性化，得到轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α的分段仿射描述；将所述轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α的分段仿射描述代入所述二自由度状态空间方程，根据公式(1)计算获得所述目标车辆的实际横摆角加速度

式中ω_r为横摆角速度；β为质心侧偏角；a和b分别为质心到前轴、后轴的距离；I_z为绕z轴的转动惯量；v_x为车速v沿x轴方向的分量；δ为前轮转角；i表示分割段的数量；K_fi和λ_fi表示F_yf第i个被仿射线段的参数；K_ri和λ_ri表示F_yr第i个被仿射线段的参数；F_yf为利用分段仿射描述的轮胎侧偏力；F_yr为利用分段仿射描述的轮胎侧偏角；

步骤S103，基于稳态圆周运动假设，根据预设的预瞄点P确定所述目标车辆从当前位置到所述预瞄点P的运动轨迹对应的圆心角θ和运动时间t_p；根据公式(2)计算所述目标车辆的理想横摆角速度ω_d；

其中点G是当前车辆质心位置，点M为汽车轨迹的圆心，P是目标轨迹上的目标点，β为质心侧偏角，x_GP是预瞄距离，Δf为汽车与目标轨迹的横向偏差；

步骤S104，选取控制误差为实际横摆角速度和理想横摆角速度之差：e＝ω_r-ω_d；选择控制器的切换函数对所述切换函数进行求导，求导结果如公式(3)所示：

根据公式(4)设计滑模控制律；

其中，

将公式(1)带入公式(3)可得由分段仿射二自由度模型的参数组成的表达式，如公式(5)所示：

令由稳态圆周运动假设因此前轮转角可表示为公式(6)所示：

将公式(4)的滑模控制律带入公式(6)得到滑模控制的前轮转角公式(7)：

δ_h＝δ+K sgn(s) (7)

其中，K表示系统运动点趋近切换面的速率；

建立模糊控制器模型，将跟踪误差s和跟踪误差变化率的乘积作为模糊控制的输入变量，将切换速率K(t)作为模糊控制的输出变量；根据预设的模糊控制规则进行模糊控制，确定输出变量K(t)，如公式(8)所示：

根据所述输出变量K(t)获得模糊增益后的前轮转角，如公式(9)所示：

δ_h＝δ+K(t)sgn(s) (9)

根据模糊增益后的前轮转角计算方向盘转角，如公式(10)所示：

δ_sw＝δ_h*i_sw (10)

其中i_sw表示方向盘与前轮之间的传动比；

步骤S105，根据所述方向盘转角控制所述目标车辆行驶。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S101中：

实时采集所述期望路径的方法具体为：利用工业相机实时识别所述目标车辆的前方车道线，并拟合出所述期望路径；横摆角速度ω_r和质心侧偏角β由惯性导航实时采集获得，车速v_x由轮速传感器实时采集获得。