[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

说明书

本发明提供一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制系统及其方法，系统包括环境感知模块、分段仿射二自由度模型模块、最优驾驶员模型模块、模糊滑模控制算法模块和下位机执行模块，环境感知模块用于获得车辆自身状态参数，拟合出期望路径；分段仿射二自由度模型模块用于将车辆非线性状态线性化并输出车辆横摆角加速度；最优驾驶员模型模块用于计算理想横摆角速度；模糊滑模控制算法模块用于计算最优方向盘转角并提供给下位机执行模块用于执行。本发明既能有效地克服汽车的非线性特性，提高控制地精度、稳定性和有效性，又能通过模糊控制控制滑模切换频率，有效降低滑模控制容易产生地抖振现象。

技术领域

本发明属于智能汽车技术领域，具体涉及一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法及系统。

背景技术

近年来，AI技术的发展为智能汽车的发展提供了动力；雷达、工业相机的发展及性能的提升也推动了智能汽车的进步，使其能够探测到前方路面的信息；而在汽车行驶过程中，横向控制至关重要，横向控制通过控制智能汽车的前轮转角，使其跟踪制定路径行驶，并保证行驶的安全性、舒适性和平稳性。

现有的汽车动力学模型忽略的轮胎侧偏力的非线性特性，当路面附着系数很低时，车辆容易出现失稳现象。因此现有的动力学模型并不能准确反应车辆的状态。

而现有的滑模控制算法，对模型参数不确定性和外界干扰具有完全的鲁棒性且响应耗时短，但在滑动面附近由于高频转换会产生抖振现象。因此会影响行驶过程中的乘坐舒适性和平稳性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法及系统。本发明引入基于分段仿射的二自由度汽车模型，提出最优驾驶员模型，并将滑模变结构控制与模糊控制相结合，在保证智能汽车横向控制精度的同时也能满足行车的平稳性、要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

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；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，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。