[发明专利]一种基于切换控制的自主车辆路径跟踪与稳定性控制方法

说明书

本发明公开了一种基于切换控制的自主车辆路径跟踪与稳定性控制方法，包括如下步骤：S1、采集车辆固有参数和车辆运行过程中的实时参数；S2、利用采集的车辆参数，建立包含参数不确定和时变参数的状态反馈切换控制模型；S3、设计切换控制器；S4、求解出切换控制器的增益；S5、将得到的切换控制器的增益与系统状态进行运算，得到所需的控制量，从而对系统进行控制。本发明考虑到车辆参数的不确定性问题，使所建立的模型和设计的控制器更符合实际，而且既能满足大范围不同车速下的控制需求，又能够同时提高路径跟踪的精确性和横向稳定性。

技术领域

本发明涉及车辆控制的技术领域，尤其涉及到一种基于切换控制的自主车辆路径跟踪与稳定性控制方法。

背景技术

近年来，无人驾驶自主车辆在智能交通系统的发展中备受关注，并且发挥着越来越重要的作用。自主车辆在减少交通事故、缓解交通压力和节约能源方面具有巨大的潜力，此外，在军事和商业领域也都有非常广泛的应用。路径跟踪控制作为自主车辆系统最基本的控制问题之一，受到了广泛的关注，并在各种自主系统中取得了一些研究成果。在自主车辆的路径跟踪控制中，希望车辆能够准确地遵循参考路径，同时保证车辆的动态稳定性，从而实现无人自主车辆在在各种环境下的正常稳定行驶。另一方面，车辆行驶过程中的稳定性控制也是提升车辆行驶安全性的一个重要课题，其不仅存在于传统车辆中，在新型无人自主车辆中也不可或缺。随着技术的发展，车辆主动安全控制技术必将成为主流。主动安全控制通过在车辆行驶过程中实时监测一些关键参数，并判断车辆实时状态，从而施加控制来保证车辆的行驶稳定性和操纵性能，避免发生危险情况。

现有技术中，申请公告号为：CN111923908A，名字为：一种融合稳定性的智能汽车路径跟踪控制方法，其设计了路径跟踪控制器，并基于PID算法设计了整车稳定性控制器，但该技术满足不了大范围不同车速下的控制需求，另外，在控制器设计过程中也没有考虑到车辆参数的不确定性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能满足大范围不同车速下的控制需求、考虑到车辆参数的不确定性问题的基于切换控制的自主车辆路径跟踪与稳定性控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种基于切换控制的自主车辆路径跟踪与稳定性控制方法，包括如下步骤：

S1、采集车辆固有参数和车辆运行过程中的实时参数；

S2、利用采集的车辆参数，建立包含参数不确定和时变参数的状态反馈切换控制模型；

S3、设计切换控制器；

S4、求解出切换控制器的增益；

S5、将得到的切换控制器的增益与系统状态进行运算，得到所需的控制量，从而对系统进行控制。

进一步地，所述步骤S1中，

固有参数包括：车辆总质量m，车身转动惯量I_z，前、后轴到车辆重心的距离l_f、l_r，前、后轮轮胎的侧偏刚度C_f、C_r；

实时参数包括：前轮转向角δ，车辆纵向速度v_x，车辆横向速度v_y，横摆角速度r，质心侧偏角β；e_y为车辆重心到期望路径之间的横向偏移距离，φ为车辆实际航向和期望路径的切线方向之间的航向偏移，l_s为车辆重心点距离期望路径上的预瞄点之间的纵向距离，κ(t)为期望路径在预瞄点处的曲率。

进一步地，所述步骤S2建立包含参数不确定和时变参数的状态反馈切换控制模型的具体过程如下：

S2-1、建立车辆二自由度模型来表征车辆的横向动力学：

根据牛顿力学定律，可得到以下方程：