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原文传递基于安全可控域的弯道跟车控制方法

专利名称：	基于安全可控域的弯道跟车控制方法
摘要：	本发明涉及一种基于安全可控域的智能车辆弯道跟车控制方法，首先，建立纵向跟车模型，采用自车与前车的车间纵向运动学关系建立纵向纵向跟车控制器模型，建立横向动力学模型，基于模型预测控制的算法建立。本发明所设计的弯道跟车控制器通过最小化多目标代价函数实现对车辆纵向跟车性和横向稳定性的偏差控制，以线性不等式的形式对设计的控制器模型输入输出参数进行约束，建立可接受控制域对车速进行限制，最终实现车辆在弯道工况中保持横向稳定和纵向安全跟车的优化目的。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	台州学院
发明人：	张勇超;杨洋;孙涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910280316.3
公开号：	CN109969183A
代理机构：	上海申汇专利代理有限公司
代理人：	王晶
分类号：	B60W30/14(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	318001 浙江省台州市市府大道1139号
主权项：	1.一种基于安全可控域的智能车辆弯道跟车控制方法，其特征在于：设计的弯道跟车控制器通过最小化多目标代价函数实现对车辆纵向跟车性和横向稳定性的偏差控制，以线性不等式的形式对设计的控制器模型输入输出参数进行约束，建立可接受控制域对车速进行限制，最终实现车辆在弯道工况中保持横向稳定和纵向安全跟车的优化目的，具体步骤如下：一、建立纵向跟车模型采用自车与前车的车间纵向运动学关系建立纵向纵向跟车控制器模型；用af、vf表示前车的加速度和速度，jh、ah、vh表示自车的加加速度、加速度和速度，xh、xf表示自车与前车的位置信息，d表示两车的距离；其中，上层控制中的期望加速度ades和实际输出的加速度a存在延迟,用一阶惯性系统表示：式中τ表示时间常数，设为0.2，s表示拉普拉斯变换算子，期望车间距离dref采用恒定车头时距计算，即： dref＝r0+thvh (2) 式中，r0表示自车静止时与前车的距离，th表示车头时距；根据自车与前车之间的纵向运动学关系建立如下状态空间方程：其中，k表示当前时刻状态值，k+1表示k时刻的下一时刻状态值，Ts为采样时间，设为0.01s；状态量选取为x(k)＝[d(k),vh(k),Δv(k)ah(k),jh(k)]T，T表示转置矩阵符号，控制量选取为u1＝ades，即期望加速度，将前车加速度信息设为纵向系统的扰动w＝af，输出量y(k+1)＝[Δd(k+1),Δv(k+1),ah(k+1),jh(k+1)]T，Δd(k+1)表示两车相对距离d与期望车间距离dref的差值，Δv(k),Δv(k+1)分别表示k时刻和k+1时刻的两车相对速度；式(3)为车辆纵向跟车模型，该车辆纵向跟车模型不仅考虑自车的加速度和加加速度，而且将前车的加速度作为干扰项考虑进来，可保证车辆的纵向安全性、跟车性和舒适性；二、建立横向动力学模型横向动力学模型基于考虑纵向、横向和横摆这三个自由度的车辆模型设计，并且对该车辆模型进行适当简化，忽略车辆的悬架系统的影响，简化转向系统，假设传动比为定值，并假设车辆左右两侧完全对称，采用线性轮胎模型，车辆模型，并建立车辆动力学三自由度非线性模型：式中，m为车辆整备质量，分别为纵向加速度和横向加速度，Clf、Clr分别为前后轮的纵向刚度，Ccf、Ccr分别为前后轮的侧偏刚度，lf、lr分别为车辆质心到前、后轴的距离，分别为横摆角速度和横摆角角速度导数，δf为前轮转角，sf、sr分别为前后轮的纵向滑移率，Iz表示车辆绕z轴的转动惯量,为车辆在惯性坐标系中的纵向和横向速度；对于车辆横向控制，建立车辆路径跟踪模型，将式(4)用状态空间形式表示：在该车辆路径跟踪模型中，状态变量选取为ξ为状态变量的导数值，控制量的选取为u2＝δf，输出量为X,Y为车辆在惯性坐标系中的纵向和横向位置；由于式(5)是一个非线性的状态空间，采用近似线性化的方法，在工作点[ξ0u0]对其线性化处理，并进行离散化得到式：其中，ξ(k+1)为k+1时刻的状态变量，η(k)为k时刻的输出量，dk,t是状态量在k时刻的偏差量，可表示为dk,t＝ξk+1-Ak,tξk-Bk,tξk，式(3)和(6)为推导出来的弯道跟车预测模型；三、基于模型预测控制的算法建立 1.性能指标和约束设计为求解所设计的弯道跟车控制器的优化问题，对纵向性能指标和横向性能指标进行综合设计，纵向性能指标包括安全性、跟车性指标和舒适性指标，而横向性能指标包括横向稳定性能指标，所设计的多目标代价函数为：其中Lt表示跟车性能，与纵向车速差和车间距有关，Lc表示舒适性能，与自车的加速度和加加速度有关，Lla表示横向稳定性能，与横摆角速度偏差、横向位置偏差以及自车方向盘转角有关，j表示自车加速度变化率，wΔv表示两车速度差权重系数，wΔd表示车间距权重系数，wa表示自车加速度权重系数，wj表示自车加加速度权重系数，表示横摆角速度权重系数，wΔY表示横向偏差权重系数，表示前轮转角权重系数。建立纵横向约束条件，其中纵向参数的约束主要是体现车辆的跟车性和驾驶舒适性，设定为软约束，为了避免出现无法得到最优解的情况，对纵向参数的约束添加松弛变量ε，对于横向参数约束，关系到车辆的安全性，设定为硬约束；此外，从车辆转向约束、车辆侧偏约束以及车辆侧翻约束三个方面建立不同转向曲率对于车速的安全可控域；车辆转向约束λsteer表征的是车辆运动学和操纵特性对于转向的限制，可用最大转向角δmax和车速vx表示，并定义为函数f1：式(8)中，系数k表示为“不足转向参数”或“不足转向梯度”；车辆侧偏约束\|λslip\|表征的是车辆在道路中收到轮胎与地面附着条件的限制，可以由轮路附着系数μ和车速表示，并定义为函数f2：式中，g表示重力加速度；车辆侧倾约束表征的是防止车辆出现侧翻的情况，用侧倾指数RI表示，侧倾指数RI与侧倾角、侧倾角速度以及侧向加速度有关，当侧倾指数RI＝1时，车轮离开地面；根据侧倾指数RI，防止侧翻的最大侧向加速度ay可表示为：式(10)中，C1、C2与k1分别是正值系数，且00。
所属类别：	发明专利