[发明专利]一种用于无人驾驶车辆碰撞后失稳运动的控制方法

说明书

本发明公布了一种用于无人驾驶车辆碰撞后失稳运动的控制方法，应用于具有分布式独立驱动制动执行功能的无人驾驶车辆，可实现无人驾驶汽车在不同碰撞情况下的失稳运动控制，本发明充分利用轮胎力潜能，通过主动前轮转向提供反向广义轮胎侧向力和协调四轮电机驱动/制动控制提供反向横摆力矩，实现高速工况下发生碰撞后无人驾驶车辆的运动控制。通过仿真验证，本发明提出的控制策略能够有效地减小车辆在碰撞过程中的运动偏移，进而减小后继碰撞的发生概率，具有快速响应、实时性强等重要的工程实际应用意义。

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆碰撞后失稳运动的控制方法。

背景技术

事故数据显示二次碰撞往往比初始碰撞造成更高的受伤率和死亡率。传统汽车发生初次碰撞时，车辆受到纵横向的冲击并产生高速旋转，容易让驾驶员做出不合理的驾驶操作，而进一步恶化车辆运动状态。当前分布式驱动/制动方式将成为自动驾驶车辆的技术之一，过驱动的特性能够有效实现车辆横向运动控制和提高车辆驾驶安全。同时扩大了传统车辆在运动控制执行器上的可行域，更有利于紧急驾驶情况下保障车辆稳定性。

传统的碰撞失稳控制通常只考虑转向和制动的反馈控制。其中仅靠制动提供抑制碰撞横摆运动扰动的反向横摆力矩很有限。并且仅有反馈控制的情况下对扰动的消除可能会存在时滞的问题，有可能导致过度转向。本发明中的方法结合了前馈控制对碰撞强扰动的有效抑制和轮胎力剩余潜能的利用。

基于前馈的模型预测控制需要将前馈控制产生的系统输入提供给MPC反馈控制算法，进行全局输入的约束。但传统的车辆稳定性包络约束对于初次碰撞失稳后的车辆状态并不适用。如果采用MPC软约束的方法，需要很大的松弛变量和松弛权重来满足MCP优化问题的可行性要求，增大了约束优化问题的控制成本，进而降低了主要控制目标中横向位置误差和航向误差的控制代价在总代价的比例。这对于实现车辆碰撞后横向运动和横摆运动的失稳控制是不利的。

综上所述，为满足在初始碰撞后失稳对车辆运动安全控制的要求，依靠传统单一反馈控制方法无法快速有效消除因碰撞产生的系统强烈扰动影响。所以，研究如何实现直接、合理、有效的运动控制方法对无人驾驶汽车碰撞运动研究具有重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对上述传统车辆稳定性运动控制方法不能满足及时有效地消除碰撞对车辆侧向和横摆运动影响的要求以及反馈控制中对车辆约束问题的可行性，本发明提供了一种用于无人驾驶车辆碰撞后失稳运动的控制方法，通过基于碰撞能量最速下降的前馈控制和基于模型预测的反馈控制相结合实现。

本发明采用以下技术方案：

一种用于无人驾驶车辆碰撞后失稳运动的控制方法，其特征在于，该方法将碰撞产生的横向运动的动能和旋转运动的动能统一用一种前馈的方法设计前轮转向角和分布式驱动/制动力矩的先决输入，提高了碰撞能量的耗散速度，避免了仅依靠反馈控制时滞、运动控制不及时导致的二次碰撞。再将前馈控制的输入动作加入到基于模型预测的反馈控制算法(MPC)中进行进一步优化和约束。这种方法有效地解决了传统包络控制对于碰撞后高速旋转失稳的局限性，充分利用非线性轮胎的广义力潜能获取纠正车身姿态的反向横摆力矩，提出了将状态的不适性约束转化为控制输入的可行性约束的方法，通过合理介入联合控制器使碰撞后失稳偏航的车辆能够不断减小横向位置偏移和不断校正航向偏差，回归跟踪原有期望轨迹，减小对其他车道上自主车辆的驾驶干涉。

作为本发明的进一步改进，系统模型输入的前馈项设计。本方法中无人驾驶车辆的系统输入为前轮转向角和分布式驱动/制动力矩，前馈控制的目标在于减小因碰撞产生的广义侧向力和横摆力矩。对于广义侧向力，通过前轮转向的反向控制使车辆前轮尽可能获取最大的反向轮胎侧向力，进而减小因碰撞产生的广义侧向力，减小横向运动偏移和横向速度。对于碰撞横摆运动，通过对四轮剩余纵向轮胎力的利用使车辆尽可能获取最大的反向横摆力矩，能够有效减小因碰撞产生的高速旋转速度和偏航误差。