一种基于AMPC的多轴分布式驱动车辆转向辅助轨迹跟踪方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115817509A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211438889.2B60W30/18(2012.01)(22)申请日2022.11.17B62D15/02(2006.01)G06F111/06(2020.01)(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人孙逢春李志超李军求(74)专利代理机构北京市诚辉律师事务所11430专利代理师岳东升(51)Int.Cl.B60W50/00(2006.01)G06F30/20(2020.01)G06F17/12(2006.01)G06F17/16(2006.01)B60W30/02(2012.01)权利要求书5页说明书11页附图3页(54)发明名称一种基于AMPC的多轴分布式驱动车辆转向辅助轨迹跟踪方法(57)摘要本发明提供了一种基于AMPC的多轴分布式驱动车辆转向辅助轨迹跟踪方法，基于线性二自由度的单轨模型建立预测模型，能使车辆在轮胎力处于线性区时实现较高的预测精度；驾驶员模型采用了线性二次型调节器，能够尽可能模拟熟练驾驶员跟踪预想轨迹的条件；方法中考虑干预辅助量、参考轨迹跟踪误差、前轮转角及其变化率等多方面因素构造多成本目标函数，并且引入了驾驶权衰减系数和驾驶权重系数来衡量与表征预测窗口内对驾驶员意图的置信程度，最终求解得到的最优前轮转角输出值，能够使车辆迅速平稳的到达目标轨迹，且在过程中减少抖动并能保证平顺性。CN115817509ACN115817509A权利要求书1/5页1.一种基于AMPC的多轴分布式驱动车辆转向辅助轨迹跟踪方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、在上层控制中，针对n轴分布式驱动车辆，以车辆的横纵坐标xy、纵向速度vx、航向角侧向速度vy和横摆角速度ωr作为输入变量，建立线性二自由度单轨车辆模型对未来车辆的动力学状态进行预测，并输出预测的最优方向盘转角控制量、预测的轨迹与外部输入的参考轨迹的侧向位置误差ed和航向角误差S2、在上层控制中，以车辆的横纵坐标xy、纵向速度vx、航向角侧向速度vy和横摆角速度ωr作为输入变量，建立线性二次型调节驾驶员模型，以累计侧向误差、横向误差及方向盘转角加权和最小构建代价函数，计算驾驶员意图前轮转角；S3、在下层控制中，定义由上层步骤S1预测的最优方向盘转角控制量与步骤S2得到的驾驶员意图前轮转角确定的前轮转角差为干预辅助量，并以所述干预辅助量、所述预测的轨迹与参考轨迹的侧向位置误差ed和航向角误差均达到最小作为优化目标，同时将方向盘转角及其变化率均达到最小也作为优化目标，综合以上优化目标构建多目标成本函数；S4、基于所述多目标成本函数求解下一时刻最优前轮转角输出值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中所述线性二自由度单轨车辆模型具体构建过程如下：对五轴分布式驱动车辆进行动力学分析，并考虑控制量u(k)＝[δr(k)]，δr为前轮转角，扰动量v(k)＝[ρ(k)]，ρ为道路曲率，设车辆动力学状态量：其中，ed和分别为侧向位置误差和航向角误差；建立以下连续状态空间方程：z＝Ccx+Du，cu式中，式中，Ci为第i轴的侧偏刚度，Li为第i轴距离车辆质心的长度，I为车辆沿横摆方向的转动惯量，Cc为连续状态方程的输出矩阵；进行离散化得到离散状态空间方程：2CN115817509A权利要求书2/5页x(k+1)＝Adx(k)+Bu，du((k)+Bv，dv(k)z(k)＝Cdx(k)式中，k表示时间，Ad是离散状态空间方程的状态矩阵，Bu，d是离散状态空间方程的控制矩阵，Bu，d是离散状态空间方程的可测扰动矩阵，下标d表示对相应参数的离散处理，Cd为Cc相同形式的离散状态方程的输出矩阵；则系统未来p个时刻动力学状态的迭代形式为：TXp＝[x(k)，x(k+1)，...，x(k+p)]TUp＝[u(k)，u(k+1)，...，u(k+p)]TVp＝[v(k)，v(k+1)，...，v(k+p)]其中，Up为自适应模型预测控制求解的最优序列，p为预测时间窗口，上标T表示向量的转置；在预测时域窗口内，模型预测输出表示为：z(k+p|k)＝Cdx(k+p|k)TZp＝[y(k)，y(k+1)，...，(k+p)]；式中，Zp为k时刻在预测时间窗口p内的模型预测输出序列，y为该预测时间窗口内的单个模型预测输出；所述最优方向盘转角控制量、预测的轨迹与参考轨迹的侧向位置误差ed和航向角误差定义为：式中，Pego和Pi分别为车辆当前位置点和参考轨迹上各个离散点，β为质心侧偏角看，为车辆所在道路映射点处切线在全局坐标系下的夹角，上标·表示对相应参数求导。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2中所述线