[发明专利]在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法

权利要求书

1.一种在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，获取车辆结构参数信息以及车辆运行状态信息，进行车辆运动学建模，

其中：(x，y)为车辆后轴中心的坐标，θ为车辆的航向角，ω为横摆角速度，v为车辆后轴中心的纵向速度，使用上述车辆运动学模型作为预测模型，选取状态量选取控制量则上述车辆运动学微分方程表示为：

步骤二，对于规划层规划好的参考轨迹，其上的每一个点都需满足上述车辆运动学微分方程，用下标r表示参考轨迹上的点，则参考轨迹可以表示为：

其中：

对车辆运动学微分方程在任意参考轨迹点处采用泰勒级数公式展开至一阶导数项后，可得到线性离散化方程：

其中：

T为采样时间，v_r为参考轨迹点处的纵向速度；θ_r参考轨迹点处的纵向速度航向角，t表示当前时刻；k表示当前时刻后的第k步；

步骤三，设计目标函数：

选取如下目标函数，

其中：

N表示控制时域；Q表示状态量和控制量集合的权重；R表示控制增量的权重；ρ表示权重系数；ε表示松弛因子；i表示当前时刻后的第i步；

步骤四，得到车辆的轮胎侧偏角表达式，用控制量表示轮胎侧偏角，将轮胎侧偏角用控制增量进行表示，然后直接用于目标函数。

2.根据权利要求1所述的在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，所述步骤四中，轮胎侧偏角表达式，具体为：

式中，α表示轮胎侧偏角；δ表示前轮转角；v_y表示横向速度；v_x表示纵向速度；ω表示横摆角速度；a表示前轴距离质心的距离。

3.根据权利要求2所述的在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，所述步骤四中，用控制量表示轮胎侧偏角，具体为：

式中，α_max表示轮胎侧偏角的上限；α_min表示轮胎侧偏角的下限。

4.根据权利要求3所述的在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，所述步骤四中，再将控制量转化为控制增量，计算轮胎侧偏角约束，具体为：

U_min≤AΔU_t+U_t-1≤U_max

式中，

U_min,U_max表示控制量的集合，U_t-1表示上一时刻控制量组成的集合，表示行数为Nc的列向量，Nc为控制时域；I_m表示维度为m的单位矩阵，m为控制量维度，具体为[v，ω]的2维度。

5.根据权利要求4所述的在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，将目标函数化简为标准二次型，使用算法进行求解，得出控制域内的系统输出：

式中，表示在控制域内计算的最优系统输出的集合，表示控制域内第一步的最优输出。

6.根据权利要求1或2所述的在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，其特征在于，所述步骤一中，车辆结构参数信息包括车辆轴距，车辆运行状态信息包括车速、航向角。