[发明专利]智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法

权利要求书

1.一种智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)设置上下两层控制器，上层控制器采用可拓控制器，下层控制器按可拓集合划分可拓域控制策略和经典域控制策略；

(2)车道线检测：以车辆与道路中心线的横向位置偏差y_L为X轴、航向偏差为Y轴和前方道路中心线曲率ρ为Z轴构建三维状态空间，横向位置偏差y_L、航向偏差和前方道路中心线曲率ρ组成三维可拓集合特征量根据可拓距原理确定点的三维关联函数

(3)上层控制器中，根据三维关联函数计算所得的关联函数值K、预瞄点处横向位置偏差、航向偏差和前方道路中心线曲率，将车辆-道路预瞄偏差模型所处的状态划分为三个区域，即经典域、可拓域和非域；

(4)下层控制器中，在经典域采用基于预瞄误差的PID反馈控制器，在可拓域采用模型预测控制器MPC，在非域采用紧急制动控制器；

(5)根据车辆三自由度动力学模型和车辆-道路预瞄偏差模型来实现智能驾驶汽车的车辆保持控制；

步骤(3)中所述经典域的区间为：横向位置偏差y_L[-0.1m，0.1m]、航向偏差和前方道路中心线曲率ρ[-0.01m^-1，0.01m^-1]；所述可拓域区间为：横向位置偏差y_L[-2m，-0.1m)∪(0.1m，2m]、航向偏差和前方道路中心线曲率ρ[-0.12m^-1，-0.01m^-1)∪(0.01m^-1，0.12m^-1]；

所述点的三维关联函数通过三维可拓集合中的可拓距得到，具体方法为：

其中，(AM₁M₂M₃BN₁N₂N₃)为三维可拓域界，(A₀M₀₁M₀₂M₀₃B₀N₀₁N₀₂N₀₃)为三维经典域界；点为实时车辆-道路系统状态值；为点到可拓域的可拓距，为点到经典域的可拓距；

当关联函数值K≥1时，下层控制器判断在经典域中，并采用PID反馈控制器，当关联函数值0≤K＜1时，下层控制器判断在可拓域中，并采用模型预测控制器；当关联函数值K＜0时，下层控制器判断在非域中，并采用紧急制动控制器；步骤(5)中所述车辆三自由度模型为：

式中，m为车辆质量；x为纵向位移；为横摆角；δ_f为前轮转角；y为侧向位移；I_z为Z轴转动惯量；F_x为车辆所受总的纵向力；F_y为车辆所受总的横向力；M_z为车辆所受总的横摆力矩；F_cf，F_cr为车辆前后轮胎所受侧向力，与轮胎的侧偏刚度、侧偏角有关；F_lf，F_lr为车辆前后轮胎所受纵向力，与轮胎的纵向刚度、滑移率有关；a为前轴到质心距离，b后轴到质心距离。