[发明专利]无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制方法

说明书

无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制方法，涉及汽车智能安全与自动驾驶领域。通过车载传感器采集无人驾驶电动汽车行驶的自身行驶状态信息和车辆相对于期望轨迹的位置信息，建立表征参数不确定性和时变特性的无人驾驶电动汽车Takagi–Sugeno模糊控制模型，设计一种基于Takagi–Sugeno模糊的无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性鲁棒H_∞综合控制方法，实现了无人驾驶电动汽车的轨迹跟踪和横向稳定性的集成控制，有效克服了无人驾驶电动汽车轮胎侧偏刚度不确定、预瞄距离和纵向速度时变对系统的影响，显著提升了无人驾驶电动汽车运动控制系统的品质。

技术领域

本发明涉及汽车智能安全与自动驾驶领域，特别是涉及一种基于Takagi–Sugeno模糊的无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制方法。

背景技术

无人驾驶电动汽车利用传感和学习算法来感知并分析汽车的周围环境，从而对汽车进行决策与执行控制，其主要由环境感知系统、决策系统和运动控制系统组成。此外，由于无人驾驶电动汽车每个单独的车轮均由电机驱动，因此具有控制灵活性和出色的可操纵性。

无人驾驶电动汽车轨迹跟踪控制和横向稳定性控制主要研究如何设计控制策略确保无人驾驶电动汽车准确、实时和平稳地跟踪指定规划的路径行驶，是无人驾驶电动汽车的关键技术之一。文献1(J.H.Guo,Y.G.Luo,and K.Q.Li,“Robust gain schedulingautomatic steering control of unmanned ground vehicles under velocity-varyingmotion,”Vehicle System Dynamics,vol.57,no.4,pp.595-616,2019.)提出了一种无人驾驶车自动转向增益调度控制方法，该增益调度控制方法可以保证系统的控制精度。文献2(S.Yue,and Y.fan,“Hierarchical direct yaw-moment control system design forin-wheel motor driven electric vehicle,”International Journal of AutomotiveTechnology,vol.19,no.4,pp.695-703,2018.)提出了一种用于车辆横向稳定性控制的分层控制方法，在传统线性二次调节器的反馈环节中添加了一个额外的控制项，以限制闭环跟踪误差。

无人驾驶电动汽车横向运动控制的大量研究都集中在单一的轨迹跟踪控制或单一的横向稳定性控制上，对无人电动汽车的轨迹跟踪控制和横向稳定性综合控制的研究相当有限。此外，对于无人驾驶电动汽车动力学模型的前后轮胎侧偏刚度存在不确定性，并且其预瞄距离和行驶速度具有时变性等特点，如果在控制设计过程中没有考虑不确定性和时变参数，则无人驾驶电动汽车的运动控制性能将受到影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种可有效克服无人驾驶电动汽车参数不确定性和时变的特性，基于Takagi–Sugeno模糊的无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制方法。

所述无人驾驶电动汽车轨迹跟踪和横向稳定性综合控制系统包括车载传感器模块、Takagi–Sugeno模糊横向控制模型表征模块、鲁棒H_∞输出反馈上位动态控制器模块和下位控制分配模块；

所述车载传感器模块的输入端接无人驾驶电动汽车，车载传感器模块的输出端接Takagi–Sugeno模糊横向控制模型表征模块；车载传感器模块包括GPS模块和CCD视觉模块，GPS模块用于采集无人驾驶电动汽车行驶状态信息，CCD视觉模块用于检测车辆相对于期望轨迹的位置信息；