一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统及控制方法.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CN107161207A(43)申请公布日2017.09.15(21)申请号201710318031.5(22)申请日2017.05.08(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人蔡骏宇江浩斌陈龙王俊彦蔡英凤徐兴李傲雪(51)Int.Cl.B62D5/04(2006.01)B62D15/02(2006.01)G05D1/02(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统及控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统及控制方法，属于智能车辆自动驾驶领域。控制系统包括基于模型预测控制的轨迹跟踪控制单元和具有主动安全功能的线控转向单元，轨迹跟踪控制单元可实时获取车辆的精确位置与方向盘转角，从而获取车辆的姿态信息；结合目标轨迹参数计算出车辆的目标前轮转角，线控转向控制单元根据该目标前轮转角，实现对转向执行电机的精确控制；同时对车辆可能出现的侧翻危险进行预测，并进行主动前轮转角补偿控制，最终实现车辆的轨迹跟踪控制。本发明通过将模型预测控制理论与基于主动安全的线控转向技术相结合，保证智能汽车的可靠性，实现智能汽车在高速行驶时的轨迹跟踪控制。CN107161207ACN107161207A权利要求书1/2页1.一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括基于模型预测控制的轨迹跟踪控制单元和具有主动安全功能的线控转向单元，所述轨迹跟踪控制单元与线控转向单元通信；所述轨迹跟踪控制单元包括第一GPS天线(1)、第一电台(2)、第二电台(3)、第二GPS天线(4)、惯导系统(5)、智能终端(6)、方向盘转角传感器(8)及前轮转角传感器(9)，所述第一GPS天线(1)与第一电台(2)组成基准站，所述第二电台(3)与第二GPS天线(4)组成流动站，所述惯导系统(5)采集惯导数据，所述流动站获取智能汽车的初始位置数据并接收基准站发送的差分信号对初始位置数据进行差分后，通过惯导数据校正智能汽车的精确位置数据并发送给智能终端(6)，所述智能终端(6)还通过串口接收方向盘转角传感器(8)、前轮转角传感器(9)采集的方向盘转角、前轮转角，从而计算出智能汽车的目标转角；所述线控转向单元包括MCU(10)、电机驱动器(11)及转向执行电机(12)，所述MCU(10)接收智能汽车的目标转角并修正，然后通过CAN总线将修正后的目标转角发送给电机驱动器(11)，电机驱动器(11)通过串口与转向执行电机(12)通信，控制智能汽车，达到车辆路径跟踪的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述轨迹跟踪控制单元与线控转向单元通过USB转RS232串口通信。3.根据权利要求1所述的一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述流动站安装在智能汽车上。4.根据权利要求1所述的一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述第一GPS天线(1)实时测量出基准站的位置并与测定位置进行计算得出差分信号，第一电台(2)将差分信号发送至第二电台(3)。5.根据权利要求1所述的一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述MCU(10)采用MC9S12XET256芯片。6.一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立三自由度非线性车辆动力学模型，将车辆四轮模型简化为单车模型，并选择车辆的状态量ξdyn与控制量udyn；S2，对非线性车辆动力学模型进行线性化，得到线性时变方程；S3，采用一阶差商的方法进行对线性时变方程进行离散化处理，得到离散的状态空间表达式；S4，设计目标函数使得智能汽车能够快速且平稳地追踪期望轨迹；S5，考虑每个控制周期内基于非线性车辆动力学模型的轨迹跟踪控制算法的优化问题，包括控制量的约束：控制增量与控制量的约束，车辆动力学约束：质心侧偏角约束、轮胎侧偏角的约束与车辆附着条件约束；S6，在每个控制周期内求解优化问题后得到控制时域Nc内理想的控制输入增量序列将此序列中的第一个元素与上一时刻的控制量相加，得到最终的控制量udyn(t)；S7，建立车辆四自由度侧翻模型，根据横向载荷转移率LTR来判断汽车侧翻危险程度；S8，利用自回归模型，对侧翻判别指示横向载荷转移率LTR进行预测。7.根据权利要求6所述的一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制方法，其特征在2CN107161207A权利要求书2/2页于，所述S2中线性时变方程为ξdyn＝Adyn(t)ξdyn(t)+Bdyn(t)udyn(t)，其中Adyn，Bdyn为t时刻线性车辆动力学模