[发明专利]基于安全可控域的智能车辆横向控制方法在审

专利信息
申请号: 201910280307.4 申请日: 2019-04-09
公开(公告)号: CN109976159A 公开(公告)日: 2019-07-05
发明(设计)人: 张勇超;杨洋;孙涛 申请(专利权)人: 台州学院
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人: 王晶
地址: 318001 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 安全可控域 智能车辆 参考轨迹 车辆模型 横向控制 三自由度 车速 车辆横向稳定性 模型预测控制 牛顿第二定律 车辆动力学 非线性模型 线性不等式 行驶稳定性 车辆稳定 代价函数 道路曲率 轮胎模型 前轮转角 受力平衡 输出参数 误差控制 系统输入 线性时变 预测模型 纵向车速 最大纵向 多目标 偏移量 最小化 推导 失稳 算法 弯道 跟踪
【说明书】:

发明涉及一种基于安全可控域的智能车辆横向控制方法,首先,建立三自由度车辆模型,并根据牛顿第二定律,建立受力平衡方程,得到基于前轮转角较小和线性轮胎模型假设后的车辆动力学非线性模型:从三自由度车辆模型推导出来的线性时变预测模型;然后,建立基于模型预测控制的算法,通过最小化多目标代价函数实现对车辆横向稳定性的误差控制,以线性不等式的形式对所设计的系统输入输出参数进行约束,建立安全可控域对车速进行限制,最终实现车辆稳定跟踪参考轨迹的目的。本发明通过对不同道路曲率中的最大纵向车速进行限制,降低由于过快的纵向车速导致车辆与参考轨迹偏移量过大甚至发生失稳的情况,从而可改善智能车辆弯道自主行驶稳定性。

技术领域

本发明涉及一种实现智能车辆自主驾驶的控制方法,尤其是一种智能车辆的横向控制方法。

背景技术

实际行驶的车辆本身是一个非常复杂的非线性、强耦合的动力学系统,尤其是车辆在跟随弯道轨迹过程中,纵向车速往往将会极大的影响车辆的横向稳定性。因此,想要车辆能够平稳的跟踪上参考轨迹,不仅需要对车辆的横向参数进行设计,还需要对车辆的纵向车速进行约束限制。安全可控域是为了实现车辆在不同道路曲率中,根据车辆操纵动力学关系,从车辆的转向、侧偏以及侧翻三个方面对于最大纵向车速进行限制。安全可控域体现了车辆在转弯时,纵向车速对于横向稳定性的影响,能够有效提高车辆的横向稳定性。

车辆的横向控制是实现智能车辆自主驾驶的重要组成部分。车辆的横向控制通过高精度地图信息,结合车载传感器所感知的周围道路信息,得到期望的路径轨迹,然后通过横向控制器计算得到期望前轮转角,对车辆进行横向控制,使得车辆能够沿着期望的路径轨迹行驶。通过智能车辆的横向控制,能够降低驾驶员的驾驶负担,提高车辆的平稳性与舒适性。

发明内容

本发明提出一种基于安全可控域的智能车辆横向控制方法,在现有基于模型预测控制的自适应巡航算法框架下,设计考虑添加安全可控域约束的横向稳定性控制算法,通过对不同道路曲率中的最大纵向车速进行限制,降低由于过快的纵向车速导致车辆与参考轨迹偏移量过大甚至发生失稳的情况,从而改善智能车辆弯道自主行驶稳定性。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

一种基于安全可控域的智能车辆横向控制方法,该方法是基于模型预测控制的自适应巡航算法框架下,添加安全可控域约束的横向稳定性控制算法,通过最小化多目标代价函数实现对车辆横向稳定性的误差控制,以线性不等式的形式对建立的三自由度车辆模型输入输出参数进行约束,建立安全控制域对车速进行限制,最终实现车辆稳定跟踪参考轨迹的目的,具体步骤为:

一、建立车辆模型

车辆建模时考虑车辆纵向运动,横向运动和横摆运动这三个自由度,建立三自由度车辆模型;根据牛顿第二定律,建立受力平衡方程,得到基于前轮转角较小和线性轮胎模型假设后的车辆动力学非线性模型:

式(1)中,m为车辆整备质量,vx、vy分别为车辆质心处的纵向速度和横向速度,lf、lr分别为车辆质心到前、后轴的距离,分别为横摆角速度和横摆角速度导数,δf为前轮转角,分别为纵向加速度和横向加速度,Clf、Clr分别为前后轮的纵向刚度,Ccf、Ccr分别为前后轮的侧偏刚度,sf、sr分别为前后轮的纵向滑移率,Iz表示车辆绕z轴的转动惯量,为车辆在惯性坐标系中的纵向和横向速度;

对于车辆横向控制,建立车辆路径跟踪模型,将式(1)用状态空间形式表示:

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