基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113655718A(43)申请公布日2021.11.16(21)申请号202110980010.6(22)申请日2021.08.25(71)申请人的卢技术有限公司地址210033江苏省南京市南京经济技术开发区恒泰路8号汇智科技园A1栋第11层(72)发明人吴昊(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，通过建立车辆动力学控制方程，建立滑模面，以指数趋近律为基础，获取加速度输出，结合模型参考自适应控制算法，最终获取理想加速度输出，用于纵向调节自动驾驶车辆与前车的间距。本发明能够提高控制精度，可以有效地解决自动驾驶纵向间距控制过程中的系统抖振，外界扰动，和非线性因素引起的干扰，从而明显地改善控制系统性能，提升纵向间距控制的稳定性和精确性。同时可以有效解决车辆控制不确定性以及参数特性时变的问题，能够按照自适应参数调节控制律，使得车辆被控性能达到预期目标。CN113655718ACN113655718A权利要求书1/3页1.一种基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)建立描述汽车纵向运动特性的动力学模型；(2)确定滑模面方程和指数趋近率，(3)根据动力学模型和步骤(2)所得的滑模面方程，求取控制律方程并对其进行光滑处理；(4)加入表征前车动态运动的前馈项，初步获取加速度输出；(5)建立模型参考自适应控制器，获取最终理想加速度输出。2.根据权利要求1所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，动力学模型表示为：其中Ract代表自车与前车的实际间距；Rdes代表自车与前车的理想间距；TGap代表与前车保持的安全时距；Vlead代表前车车速；x1代表实际车间距与理想车间距之差；x2代表自车与前车的相对车速；u代表理想跟车加速度。3.根据权利要求1所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述滑模面方程表示为：s＝k1x1+k2x2+k3∫x1dt所述指数趋近律表示为：其中k1，k2，k3为根据实际情况设定的控制参数，ε是趋近速度，k为根据实际滑模面趋近情况设定的指数趋近项系数。4.根据权利要求1所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述控制律方程表示为：对控制律方程进行光滑处理，使得控制输出光滑上式中，u为滑模控制的输出。5.根据权利要求1所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中以前车加速度作为前馈项，并对其进行修正，所得控制律如下：上式中k4为修正参数。6.根据权利要求1所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征2CN113655718A权利要求书2/3页在于，所述步骤(5)包括如下步骤：(51)建立参考车辆模型和包含ESP模型的真实车辆模型；(52)定义参考模型和真实模型之间的输出误差，结合误差影响和控制律，建立可调参数的自适应控制律；(53)基于可调参数的自适应控制率建立汽车加速度控制律方程。7.根据权利要求6所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(51)中参考车辆模型为二阶系统模型，其传递函数表达式如下：其中km为二阶系统增益，ξ为阻尼比，wn为无阻尼自然频率；设从而根据对超调量σ％的要求来确定ξ，选取合适的wn满足对调节时间ts的要求。8.根据权利要求7所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(51)中真实车辆模型传递函数表达式如下：其中P(s)是被控对象的传递函数，Yp(s)是实际输出，U(s)是实际输入，kp>0，ap1>0，ap0>0，为真实车辆模型的系统结构参数，其值通过参数辨识得到。9.根据权利要求8所述的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(52)中，参考车辆模型和真实车辆模型的时域描述如下：控制作用u(t)为：e0为输出误差，其表示描述如下：e0(t)＝yp(t)‑ym(t)将式(12)、(13)、(14)代入式(16)得到：当c0(t)、d0(t)、d1(t)、d2(t)分别等于标称参数时，即：3CN113655718A权利要求书3/3页满足上面四个公式时，可调系统的输出响应曲线完全跟随参考模型的输出响应曲线，完成自适应律的设置，然而由于控制系统的动态响应特性，采用以下形式的可调参数的自适应律：则可调自适应