[发明专利]一种基于道路曲率的可拓前馈车道保持控制方法

权利要求书

1.一种基于道路曲率的可拓前馈车道保持控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立车辆二自由度动力学模型；

步骤2，根据二次多项式进行车道线拟合计算；

步骤3，设计前馈可拓控制器；包括：

步骤3.1，前馈可拓控制器特征量和域界划分；具体地：

选择道路曲率ρ及其变化率作为特征量，并构成前馈可拓特征状态集合根据可拓控制原理，将前馈可拓特征状态集合划分为三个区域：经典域、可拓域和非域；将上层可拓控制器特征集合域界表示为：

经典域

可拓域

非域为整个可拓集合中除去经典域和可拓域剩余的集合区域；

步骤3.2，计算前馈关联函数；具体的：

设上层可拓控制器特征量为道路曲率ρ，最佳道路条件为直线道路，即ρ＝0，且将上层可拓控制器的最佳特征状态点为S_ff0＝(0,0)，则车辆在车道行驶过程中通过车道线检测得到的实时道路曲率状态

计算经典域可拓距：

计算可拓域可拓距：

计算实时特征量与最优状态点的可拓距：

其中，k_ρ1和k_ρ2为可拓距的加权系数；

则前馈关联函数K_upper(S)满足如下关系：

当S_ff∈R_{upper_os}时，

K_upper(S)＝1-|S_ffS_ff0|/|M_{upper_0}|

否则，

所以上层关联函数K_upper(S)为：

步骤3.3，前馈模式识别；具体地：

步骤3.3的具体实现包括：

若K_upper(S)≥0，则该状态为测度模式M_{upper_1}；

若-1≤K_upper(S)0，则该状态为测度模式M_{upper_2}；

若K_upper(S)-1，则该状态为测度模式M_{upper_3}；

步骤3.4，计算前馈可拓控制器输出量，具体的：

在测度模式M_{upper_1}时，此时道路曲率较小，车道线较为平滑，处于稳定状态，输出控制量为：

δ_ff＝-K_{upper_CM1}S

其中，K_{upper_CM1}为反馈增益系数，其值为[K_{upper_c1} K_{upper_c2}]^T，S为实时特征状态量，其值为

在测度模式M_{upper_2}时，此时道路曲率处于较大范围，车道线存在较大弯道，处于临界稳定状态，输出控制量为：

δ_ff＝-K_{upper_CM1}S+K_{upper_C}·K_upper(S)·[sgn(ρ)]

其中，K_{upper_C}为附加项系数，sgn(ρ)为符号函数，满足如下关系：

在测度模式M_{upper_3}时，此时道路曲率过大，此时控制器输出不考虑，其值保持为0；

因此，将上层前馈可拓控制器输出控制量δ_ff表示为：

步骤4，设计下层可拓控制器；包括如下步骤：

步骤4.1，下层可拓特征量提取和域界划分；具体地：

设下层可拓控制器选择预瞄点横向位置偏差e_L，航向偏差由此构成二维特征状态集合，记做

根据可拓控制理论，确定各个特征量的经典域区域和可拓域区域，并分别表示为：

经典域

可拓域

步骤4.2，计算下层可拓控制器关联函数；具体的：

在车辆运动过程中，实时特征状态量记做那么实时状态量与最佳状态点的可拓距为：

经典域可拓距为：

可拓域可拓距为：

如果实时特征状态量位于经典域R_os中，则关联函数为：

K_low(S)＝1-|SS_fb0|/M_o

否则，

K_low(S)＝(M_o-|SS_fb0|)/(M-M_o)

所以，关联函数可以表示为：

步骤4.3，下层测度模式识别；具体的：

根据关联函数值对系统特征量模式识别，模式识别规则如下所示：

IF K_low(S)≥0,THEN实时特征状态量测度模式M_{low_1}；

IF -1≤K(S)0,THEN实时特征状态量测度模式M_{low_2}；

ELSE测度模式M_{low_3}；

步骤4.4，输出下层控制器；具体的：

当测度模式为M_{low_1}时，车辆-道路系统处于稳定状态，此时控制器前轮转角输出值为：

δ_fb＝-K_lowCM1S

其中，K_lowCM1为测度模式M_{low_1}基于特征量S的状态反馈系数，K_lowCM1＝[K_{low_c1} K_{low_c1}]^T，采用极点配置方法选择状态反馈系数，S值为

当测度模式为M_{low_2}时，系统处于临界失稳状态，属于可调范围内，可以通过增加控制器附加输出项，将系统重新调节到稳定状态，控制器前轮转角输出值为：

K_lowC为测度模式M_{low_2}下附加输出项控制系数，该系数主要基于测度模式M_{low_1}下控制量适量人工调节，保证附加输出项能够使得系统在此回到稳定状态；

其中，

K_lowC·K_low(S)·[sgn(S)]为控制器附加输出项，该项结合了下层关联函数值K_low(S)，关联函数体现了车辆在车道爆出中沿车道中心线运动的调节难度，因此，通过关联函数值的变化，根据控制难度实时改变控制器附加输出项的值；

当测度模式为M_{low_3}时，车辆由于距离车道中心线偏差较大，无法及时调节到稳定状态，为保证车辆安全，此时控制器前轮转角输出值为：

δ_fb＝0

因此，下层可拓控制器对于特征量控制器前轮转角输出值为：

步骤5，计算控制量输出。