一种智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法.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CN108248605A(43)申请公布日2018.07.06(21)申请号201810061995.0(22)申请日2018.01.23(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区南山街道崇文路2号(72)发明人郑太雄李芳杨新琴何招黄帅汪涛田云浪(74)专利代理机构重庆市恒信知识产权代理有限公司50102代理人刘小红(51)Int.Cl.B60W30/10(2006.01)B60W30/14(2006.01)B60W50/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称一种智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法(57)摘要本发明请求保护一种智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，针对智能车辆横纵向动力学之间的关联、耦合特性，设计智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制器。运用模型预测控制和滑模控制算法实现对发动机节气门开度、制动主缸压力及前轮偏角的协调控制。在横向MPC控制器设计中，车辆的状态量选取为其中的状态量(纵向速度vx)为经过纵向控制后车辆输出的实时变化车速；vy为车辆质心处的横向速度；为车辆质心处的横摆角、横摆角速度；Y,X为全局坐标下的横向位置、纵向位置。该横纵向协调控制系统使智能车辆在期望速度下高效、稳定的跟踪期望轨迹。而且可显著提高在大转向操纵时，智能车辆轨迹跟踪过程中的横向稳定性。CN108248605ACN108248605A权利要求书1/2页1.一种智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，其特征在于，基于模型预测控制、滑模控制算法和逆纵向动力学设计了智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制系统，包括参考轨迹、参考速度的生成、纵向控制系统和横向控制系统，实现对发动机节气门开度、制动主缸压力及前轮偏角的协调控制；其中，所述纵向控制系统采用分层式控制结构，设计上位控制器、下位控制器来实现智能车辆纵向速度跟踪，上位控制器基于滑模控制理论设计纵向加速度控制器，输出期望纵向加速度给下位控制器；下位控制器基于逆纵向动力学设计驱动模式、制动模式和切换逻辑，通过控制发动机节气门开度和制动主缸压力实现对智能车辆的纵向速度跟踪；所述横向控制系统通过构建由线性误差模型、优化目标函数和系统约束的模型预测控制MPC系统，求取最优控制量前轮偏角udyn＝δf实现对智能车辆的横向控制；在横向MPC控制器设计中，车辆的状态量选取为其中的状态量纵向速度vx为经过纵向控制后车辆输出的实时变化车速，通过对纵向速度的耦合控制实现对智能车辆的横纵向协调控制，其中，vy为车辆质心处的横向速度；为车辆质心处的横摆角、横摆角速度；Y、X为全局坐标下的横向位置、纵向位置。2.根据权利要求1所述的智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，其特征在于，所述纵向控制系统的上位控制器基于滑模控制理论设计纵向加速度控制器，根据参考速度和实际纵向车速的相对速度误差设计，纵向加速度控制的滑模面设计为S(t)＝ce(t)(1)式中：滑模控制器的参数c满足Hurwitz条件，c＞0，对式(1)求导得到滑模加速度控制的控制率为采用饱和函数sat(S)使滑模切换面S的一阶微分收敛S＝-ηsat(S)η＞0(3)式中：axdes为期望加速度；为参考速度的一阶导数；vxdes为被控车辆实际纵向速度。3.根据权利要求1所述的智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，其特征在于，所述纵向控制系统的下位控制器基于逆纵向动力学设计驱动模式、制动模式和切换逻辑；当期望加速度axdes≥0时，切换为驱动模式，反之切换为制动模式，驱动或制动模式的切换逻辑由式(5)描述：式中，αthdes表示期望的节气门开度；Pbdes表示期望的制动主缸压力。4.根据权利要求3所述的智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，其特征在于，如果经过逻辑切换制动模式，则需要按照期望减速度axdes的要求，计算期望的制动压力Pbdes,中间需要经过期望制动力计算和逆制动模型，按照制动力矩和制动主缸压力的关系式(10)得2CN108248605A权利要求书2/2页到期望制动主缸压力Pbdes为：式中，rω为车轮有效半径；kb为制动力与制动主缸压力的比值；真实的前后轮制动力矩，可通过对CarSim中输入恒定制动压力并运行后输出数据获得：式中，Pb为实际制动压力；Tbf为前轮制动力矩；Tbr为后轮制动力矩。5.根据权利要求3所述的智能车辆轨迹跟随的横纵向协调控制方法，其特征在于，所述横向模型预测控制器的线性误差模型为：ξ(k+1)＝Ak,tξ(k)+Bk,tu(k)+dk,tq(k)＝Ck,tξ(k)式中:式中，ξ(k)为k时刻状态量的值；ξ(k+1)为k+1时刻状态量的值；u(k)为k时刻的控制量的值；q(k)为k时刻输出量的值；dk,t状态量与参考状