[发明专利]基于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法

权利要求书

1.一种基于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：建立考虑智能汽车横纵向运动且考虑轮胎侧偏特性的二自由度动力学模型；

步骤二：设计一种带目标优化的自适应预瞄模型；

步骤三：设计车辆横向轨迹跟踪控制器，获得完整的系统控制律；

步骤四：输入方向盘转角进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：

(1)做自行车模型假设：假设车辆的运动是一个在二维平面上的运动，假设左右车轮受力对称，建立简化的二自由度车辆动力学模型：

式中，m是车质量，是车的横向加速度，vx是车的纵向速度，ω是车的横摆角速度，I_z是车在质心处的转动惯量，是车的横摆角加速度，a是前周到质心的距离，b是后轴到质心的距离，F_yf是前轴的侧向力，F_yr是后轴的侧向力；

(2)在小转角假设下，轮胎出于线性区域内，侧偏力、侧偏角与侧偏刚度之间的关系为：

F_yf＝C_fα_f

F_yr＝C_rα_r

式中，C_f、C_r分别为前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度，α_f、α_r分别为前轮侧偏角和后轮侧偏角，汽车前轮侧偏角与后轮侧偏角与其运动参数有关，假设汽车前后轴的速度分别为vx、vy，质心侧偏角可以近似为

(3)前轮速度方向与x轴的夹角为θ表示为：

(4)汽车前后轮的侧偏角表示为:

(5)得到关于横摆角ω与质心侧偏角β的车辆二自由度的状态空间方程：

3.根据权利要求1所述的一种于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：

(1)基于稳态单点预瞄模型得理想横摆角速度ω_d为：

(2)前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应，将其代入汽车状态方程，得到稳态横摆角速度增益G_ω与汽车稳定性因数K：

式中，i_sw为方向盘转角和前轮转角的角传动比；

(3)设计基于当前质心的横向偏移量的目标函数J1：

式中，L_Drv_2是质心横向偏移量，t是模型预测时间；

(4)设计基于当前质心与边界之间距离的目标函数J2：

式中，g为安全性函数，车辆位置越靠近边界，Δ是中心线到边界的距离；

(5)设计基于整车响应特性的目标函数J3：

J₃＝(t_p-T)²

式中，T是与车辆转向响应特性相关的时间，速度高时可以取1s或更短，速度低时可以适当增大；

(6)得到总的目标函数Jmin：

Jmin＝min(ω₁J₁+ω₂J₂+ω₃J₃)

式中，ω₁、ω₂、ω₃为权重系数，权重的设置与所达成的目的有关，ω₁与轨迹跟踪的精度有关；ω₂与车和道路边界的距离有关；ω₃与整车响应特性有关。