[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明属于智能车辆自动驾驶领域，具体涉及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。

背景技术

汽车的智能化主要体现在以自动驾驶替代人工操作，汽车的行为和运行状态均可控可预测，既降低驾驶员的操作强度，又减少了交通事故发生率，根据实时路况信息规划出行路径，使车辆在道路上高效的行驶，最终实现道路交通“零伤亡、零拥堵”。因此，智能汽车是安全、高效、节能的下一代汽车，研究智能汽车具有极为重要的意义，已成为全球汽车产业界的关注焦点。目前已经投入使用的具有自动驾驶功能的车辆如码头无人驾驶车辆或带自动泊车功能的车辆的行驶环境处于低速、特定场合使用，但智能汽车需要以较高的车速行驶在复杂的道路环境中。使用车辆动力学模型对对车辆的未来行为进行预测，可以提高智能汽车高速下的可靠性与预测能力；同时，与低速行驶相比高速行驶下的执行机构控制输入、轮胎与地面摩擦引起的滑移，以及横向加速度引起的侧倾等动力学非线性约束条件的要求更加严格。对这些约束进行深入分析将进一步保障车辆形式的安全性与稳定性。本发明将建立基于车辆动力学模型的轨迹跟踪控制器，结合车辆高速运动下的各类约束，求解复杂约束条件下的模型预测控制方法。现有的技术中，存在以下技术问题：(1)大多数装置成本较高；(2)大多数只是进行单纯的仿真研究，没有考虑真正的执行机构运行时的安全问题；(3)智能汽车转向工况复杂多变，汽车转向操纵对各工况的控制要求较高，传统的控制策略无法满足高速行驶情况下的车辆稳定性与安全性。

为了保证智能汽车高速行驶在复杂交通环境下的安全性与稳定性，本发明具体开发了一套基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统。首先建立了基于线性时变模型预测控制算法的轨迹跟踪控制单元，结合各动力学约束，得出前轮转角理想值，为了进一步保证车辆运行的安全性，主动安全转向系统根据前轮转角理想值，进行基于侧翻预警的主动前轮转角补偿控制，以达到避免车辆侧翻的目标。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供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，在轨迹跟踪控制单元的基础上结合主动安全线控转向单元，最终达到车辆在高速复杂路况下的稳定性与安全性的要求。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的。

一种基于主动安全的智能汽车轨迹跟踪控制系统，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，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、第一电台、第二电台、第二GPS天线、惯导系统、智能终端、方向盘转角传感器及前轮转角传感器，所述第一GPS天线与第一电台组成基准站，所述第二电台与第二GPS天线组成流动站，所述惯导系统采集惯导数据，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，所述智能终端还通过串口接收方向盘转角传感器、前轮转角传感器采集的方向盘转角、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、电机驱动器及转向执行电机，所述MCU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，电机驱动器通过串口与转向执行电机通信，控制智能汽车，达到车辆路径跟踪的目的。

上述方案中，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。