[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

摘要

本发明公开了一种在动力学约束下基于车辆运动学模型转向控制方法，首先，对车辆模型进行运动学建模，然后对车辆运动学微分方程进行线性离散化，这是因为模型预测控制算法一般为采样控制算法，且计算机在优化求解时也是离散的；最后设计目标函数及约束，将目标函数转化为标准二次型进行求解。本发明将动力学约束参数转为使用运动学模型所推导的控制量表达式，与现有的使用运动学模型作为预测模型相比较，本发明提出的考虑动力学约束的控制器设计方法，避免了车辆在高速情况下的容易发生侧滑、侧翻的问题，使得运动学模型在高速情况下也能保证跟踪精度以及稳定性。

主权项

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