[发明专利]一种车辆安全性及平顺度的控制方法

摘要

本发明涉及一种车辆安全性及平顺度的控制方法，针对车辆动力学模型的特点，及车辆运行中自身参数及路况的不确定性，采用广义PID控制的分离实现方法实施控制，其包括：将控制输入分为基于位移误差的积分，以及基于位移误差、速度误差和加速度误差的输入部分，引入变量动态调节基于位移误差积分的输入部分的形式，排除车辆控制系统的不确定成分和外部扰动；针对车辆可控的理想模式，选取基于位移误差、速度误差和加速度误差的输入部分的形式，并确定位移误差、速度误差和加速度误差的系数，实现对理想模式构成系统在原点的稳定控制；选取设计参数，对被控车辆的安全性及平顺度进行控制。本发明可以广泛应用于车辆巡航控制及无人驾驶等的控制中。

主权项

一种车辆安全性及平顺度的控制方法，其包括以下步骤：1)针对如下形式的具有普遍性的被控车辆系统：式(1)中，x₁(t)、x₂(t)和x₃(t)分别表示被控车辆的位移、速度和加速度；u(t)表示发动机输入，即控制输入；且a[x₂(t)]和b[x₂(t),x₃(t)]分别具有如下形式：式(2)和式(3)中，m表示被控车辆的质量，τ表示发动机的时间常数，K_d表示气动阻力系数，d_m表示被控车辆的机械阻力；假设控制的目标是让车辆的实际位移y(t)＝x₁(t)能跟踪上设定的位移y_r(t)，让车辆的实际速度能跟踪上设定的速度让车辆的实际加速度能跟踪上设定的加速度引入如下位移误差变量e₁(t)、速度误差变量e₂(t)和加速度误差变量e₃(t)：根据式(1)和式(4)，则车辆的跟踪控制问题就转换为如下误差系统在原点(0,0,0)的稳定问题：基于a[x₂(t)]作为车辆控制输入的增益满足约束条件：其中a_m和a_M均为已知常数，则将式(5)写为：在式(6)中，将看作式(6)表示的误差系统的总扰动，记为：将控制输入u(t)分为基于位移误差的积分的输入部分u_I(t)，以及基于位移的误差、速度的误差和加速度的误差的输入部分u_GPD(t)，即整个控制输入分成如下两个部分：u(t)＝u_I(t)+u_GPD(t)    (7)将式(7)代入式(6)中，则式(6)表示的误差系统简化为：2)通过引入一变量μ(t)来动态调节基于位移误差的积分的输入部分u_I(t)的形式，迫使车辆的运动按照理想的可控模式来变化，其具体过程为：①引入如下形式的变量σ(t)：②引入变量μ(t)，其由如下动态方程来确定：式(10)中，ω为设计参数，ω＞0；γ表示设计参数，其根据被控车辆的特征进行选取，取正数；sign表示符号函数；③用变量μ(t)来调节基于位移误差的积分的输入部分u_I(t)的形式，基于位移误差的积分的输入部分u_I(t)与变量μ(t)之间的关系式取为：式(11)中，k₀和M均表示设计参数，表示取最小值运算，s表示积分变量；设计参数γ、k₀和M需满足如下条件：式(12)中，sup表示取上确界的运算,表示总扰动的广义导数；④通过选取设计参数ω、γ、k₀和M，保证在有限时间内等式σ(t)＝0成立；3)选取基于位移的误差、速度的误差和加速度的误差的输入部分u_GPD(t)的形式，并确定基于位移的误差、速度的误差和加速度的误差的输入部分u_GPD(t)中对应项的系数，其具体过程为：将式(9)代入式(8)中，得到由于在步骤2)中对基于位移误差积分的输入部分u_I(t)中引入了变量μ(t)，并选取了设计参数ω、γ、k₀和M使得σ(t)＝0，则由式(13)得到：由式(14)可知，基于位移的误差、速度的误差和加速度的误差的输入部分u_GPD(t)只与被控车辆的状态有关，根据被控车辆的状态，选取u_GPD(t)的形式，可直接选取使式(14)表示的动力系统在原点(0,0,0)稳定的系数作为位移误差项的系数k₁，速度误差项的系数k₂和加速度误差项的系数k₃；4)根据步骤2)确定的设计参数γ、k₀和M，以及步骤3)确定的位移误差项的系数k₁、速度误差项的系数k₂和加速度误差项的系数k₃，确定被控车辆的控制系统，亦即通过分离实现方式对被控车辆的位移、速度和加速度进行控制，达到对被控车辆安全性和平顺度的控制目的。