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原文传递一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法

专利名称：	一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法
摘要：	本发明公开了一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，包括如下步骤：S1，建立三自由度动力学模型，以及预瞄偏差表达式；S2，进行车道线拟合计算；S3，设计上层ISTE可拓控制器；包括：S3.1，建立控制指标(ISTE)可拓集合；S3.2，划分控制指标(ISTE)域界；S3.3，计算控制指标(ISTE)关联函数；S3.4，建立上层可拓控制器决策；S4，设计下层速度可拓控制器；S5，设计下层偏差跟踪可拓控制器；包括：S5.1，下层偏差跟踪可拓特征量提取和域界划分；S5.2，设计下层可拓控制器关联函数；S5.3，进行下层测度模式识别；S5.4，根据测度模式，下层控制器输出前轮转角。本发明根据跟踪偏差精度和速度变化和专家知识库，自适应变化下层偏差跟踪可拓控制器的控制系数和约束域界范围。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	蔡英凤;臧勇;王海;孙晓强;陈龙;梁军;李祎承;施德华;唐斌
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201811373199.7
公开号：	CN109664884A
分类号：	B60W30/12(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，包括如下步骤： S1，建立三自由度动力学模型，以及预瞄偏差表达式； S2，进行车道线拟合计算； S3，设计上层ISTE可拓控制器；包括： S3.1，建立控制指标ISTE可拓集合； S3.2，划分控制指标ISTE域界； S3.3，计算控制指标ISTE关联函数； S3.4，建立上层可拓控制器决策； S4，设计下层速度可拓控制器； S5，设计下层偏差跟踪可拓控制器；包括： S5.1，下层偏差跟踪可拓特征量提取和域界划分； S5.2，设计下层可拓控制器关联函数； S5.3，进行下层测度模式识别； S5.4，根据测度模式，下层控制器输出前轮转角。 2.根据权利要求1所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤1中，建立的三自由度动力学模型为：式中，m为车辆质量；x为纵向位移；为横摆角；δf为前轮转角；y为侧向位移；Iz为Z轴转动惯量；Fx为车辆所受总的纵向力；Fy为车辆所受总的横向力；Mz为车辆所受总的横摆力矩；Fcf，Fcr为车辆前后轮胎所受侧向力，与轮胎的侧偏刚度、侧偏角有关；Flf，Flr为车辆前后轮胎所受纵向力，与轮胎的纵向刚度、滑移率有关；Fxf，Fxr为车辆前后轮胎在x方向所受力；Fyf，Fyr为车辆前后轮胎在y方向所受力；a为前轴到质心距离，b后轴到质心距离；所述预瞄偏差包括航向偏差和预瞄点处横向位置偏差；所述预瞄点处横向位置偏差yL和航向偏差的表达式分别为：其中，L为预瞄距离，ρ表示道路曲率。 3.根据权利要求1所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤2中，所述车道线拟合采用二次多项式拟合，根据道路曲率值ρ和车辆摄像头距离左右车道线的距离DL、Dr，得到弯道时车道线拟合方程：其中，ρ为道路曲率，DL、Dr为车辆摄像头距离左右车道线的距离，为车道线航向角，y1为左侧车道线拟合函数，y2为右侧车道线拟合函数。 4.根据权利要求1所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤3.1中，建立控制指标ISTE可拓集合时，可拓控制指标计算方法采用时间乘偏差平方的积分，表达式为：其中，ISTEy为横向位置偏差的控制指标量，Ts为调节时间；其中，为航向偏差的控制指标量，Ts为调节时间；上层ISTE可拓控制器选择控制效果ISTEy、作为特征量，建立关于控制效果的可拓集合步骤3.2中，控制指标ISTE的经典域界的表达式为： aop和bop表示控制效果可拓集合经典域约束控制效果域界，其值可以表示为：其中，ryop为横向位置偏差的经典域约束范围，为航向偏差的可拓域约束范围；控制效果的可拓域界表示为： ap和bp表示控制效果可拓集合可拓域约束控制效果域界，其值可以表示为：其中，ryp为横向位置偏差的经典域约束范围，为航向偏差的经典域约束范围。 5.根据权利要求4所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤3.3中，计算控制指标ISTE关联函数时采用降维法计算，设点为车辆在车道线运动时当前的控制指标值点在控制指标可拓集合中的位置，最佳状态点为没有偏差状态，即点O(0,0)，连接原点和P点，与经典域界可拓域界相交于点P1和P2，那么P点到经典域和可拓域的可拓距分别为和其值分别为：控制指标的关联函数KISTE(P)表示为：其中， 6.根据权利要求5所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤3.4中，建立上层可拓控制器决策时采用专家知识库，包括5条专家知识，分别为： a.KISTE(P)≥0时，控制效果满足控制要求，保持原有的控制系数； b.-1≤KISTE(P)<0时，控制效果需要进一步改进，需要继续改变下层控制器中的控制系数； c.KISTE(P)<-1时，控制失败； d.当下层特征状态在第二个测度模式(即临界稳定状态)中停留时间较长时，表明控制量变化小，应当适当增加该测度模式中的控制系数，加快特征状态向稳定状态下发展； e.当本次控制效果比上次控制效果差时，该测度模式中的系数退回上一次控制系数，并适当减小控制系数；决策结果设为：当KISTE(P)≥0时，选择专家知识a；当-1≤KISTE(P)<0时，选择专家知识b、d、e三条；当KISTE(P)<-1时，选择专家知识c。 7.根据权利要求5所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤4的实现包括： S4.1，下层速度可拓控制器特征量选择车辆纵向速度vx和期望纵向速度vxdis的偏差及其变化率，组成速度可拓控制器特征集合最佳状态为S0(0,0)；速度特征量经典域域界表示为：速度特征量可拓域域界为： S4.2，下层速度可拓控制器的速度可拓关联函数计算过程如下：经典域可拓距为：可拓域可拓距为：实时特征状态与最佳状态的可拓距为：当时，否则，所以速度特征量关联函数为 S4.3，速度可拓控制器输出量计算：当此时实时速度特征量为测度模式M1，此状态为完全可控状态；控制器输出量轮胎纵向力Fx为：其中，Kv为状态反馈增益系数；当时，此时实时速度特征量为测度模式M2，此状态为临界可控制状态；控制器输出量轮胎纵向力Fx为：其中，Kvc为附加输出项增益系数，为符号函数，满足如下关系：当时，实时速度特征量为测度模式M3，此状态为不可控制状态，此时轮胎纵向力保持上一次控制量，即Fx(t)＝Fx(t-1)；所以，速度可拓控制器轮胎纵向力输出量为 8.根据权利要求1所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤5.1中，所述特征量提取时选择预瞄点横向位置偏差yL、航向偏差由此构成二维特征状态集合，记做所述域届划分包括：经典域可拓域步骤5.2中，设计下层可拓控制器关联函数的方法具体包括：在车辆运动过程中，实时特征状态量记做那么实时特征状态量与最佳状态点的可拓距为：经典域可拓距为：可拓域可拓距为：如果实时特征状态量位于经典域Rlow_os中，则关联函数为： Klow(S)＝1-\|SSlow0\|/Meo 否则， Klow(S)＝(Meo-\|SSlow0\|)/(Me-Meo) 因此，关联函数可以表示为： 9.根据权利要求8所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤5.3中，下层测度模式识别时，根据所述关联函数值Klow(S)对系统特征量进行模式识别，模式识别规则如下： IF Klow(S)≥0,THEN实时特征状态量测度模式Mlow_1； IF-1≤Klow(S)<0,THEN实时特征状态量测度模式Mlow_2； ELSE测度模式Mlow_3。 10.根据权利要求9所述的一种可变车速下的可拓自适应车道保持控方法，其特征在于，步骤5.4中，下层控制器输出前轮转角时包含以下情况：当测度模式为Mlow_1时，处于稳定状态，此时控制器前轮转角输出值为： δf＝-KlowCM1S 其中，KlowCM1为测度模式Mlow_1基于特征量S的状态反馈系数，KlowCM1＝[Klow_c1 Klow_c1]T；当测度模式为Mlow_2时，处于临界失稳状态，属于可调范围内，通过增加控制器附加输出项，将系统重新调节到稳定状态，控制器前轮转角输出值为： δf＝-KlowCM1{S+KlowC·Klow(S)·,sgn(S)]} KlowC为测度模式Mlow_2下附加输出项控制系数；其中， KlowC·Klow(S)·,sgn(S)]组成控制器附加输出项，当测度模式为Mlow_3时，车辆由于距离车道中心线偏差较大，无法及时调节到稳定状态，为保证车辆安全，此时控制器前轮转角输出值为： δf＝0 因此，下层偏差跟踪可拓控制器对于特征量控制器前轮转角输出值为：
所属类别：	发明专利