[发明专利]基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法及系统

摘要

本发明提供一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制系统及其方法，系统包括环境感知模块、分段仿射二自由度模型模块、最优驾驶员模型模块、模糊滑模控制算法模块和下位机执行模块，环境感知模块用于获得车辆自身状态参数，拟合出期望路径；分段仿射二自由度模型模块用于将车辆非线性状态线性化并输出车辆横摆角加速度；最优驾驶员模型模块用于计算理想横摆角速度；模糊滑模控制算法模块用于计算最优方向盘转角并提供给下位机执行模块用于执行。本发明既能有效地克服汽车的非线性特性，提高控制地精度、稳定性和有效性，又能通过模糊控制控制滑模切换频率，有效降低滑模控制容易产生地抖振现象。

主权项

1.一种基于分段仿射模糊滑模的智能汽车横向控制方法，用于控制目标车辆的方向盘转角，以实现在行驶过程中对所述目标车辆的横向控制；其特征在于，包括以下步骤：步骤S101，实时采集所述目标车辆的期望路径，横摆角速度ωr，车速vx以及质心侧偏角β；步骤S102，获取所述目标车辆的轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α，建立二自由度状态空间方程；利用分段仿射的方法将轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α关系中非线性的部分线性化，得到轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α的分段仿射描述；将所述轮胎侧偏力F和轮胎侧偏角α的分段仿射描述代入所述二自由度状态空间方程，根据公式(1)计算获得所述目标车辆的实际横摆角加速度式中ωr为横摆角速度；β为质心侧偏角；a和b分别为质心到前轴、后轴的距离；Iz为绕z轴的转动惯量；vx为车速v沿x轴方向的分量；δ为前轮转角；i表示分割段的数量；Kfi和λfi表示Fyf第i个被仿射线段的参数；Kri和λri表示Fyr第i个被仿射线段的参数；Fyf为利用分段仿射描述的轮胎侧偏力；Fyr为利用分段仿射描述的轮胎侧偏角；步骤S103，基于稳态圆周运动假设，根据预设的预瞄点P确定所述目标车辆从当前位置到所述预瞄点P的运动轨迹对应的圆心角θ和运动时间tp；根据公式(2)计算所述目标车辆的理想横摆角速度ωd；其中点G是当前车辆质心位置，M为汽车轨迹的圆心，P是目标轨迹上的目标点，β为质心侧偏角，xGP是预瞄距离，Δf为汽车与目标轨迹的横向偏差；步骤S104，选取控制误差为实际横摆角速度和理想横摆角速度之差：e＝ω_r‑ω_d；选择控制器的切换函数对所述切换函数进行求导，求导结果如公式(3)所示：根据公式(4)设计滑模控制律；其中，将公式(1)带入公式(3)可得由分段仿射二自由度模型的参数组成的表达式，如公式(5)所示：令由稳态圆周运动假设因此前轮转角可表示为公式(6)所示：将公式(4)的滑模控制律带入公式(6)得到滑模控制的前轮转角公式(7)：δh＝δ+K sgn(s)    (7)其中，K表示系统运动点趋近切换面的速率；建立模糊控制器模型，将跟踪误差s和跟踪误差变化率的乘积作为模糊控制的输入变量，将切换速率K(t)作为模糊控制的输出变量；根据预设的模糊控制规则进行模糊控制，确定输出变量K(t)，如公式(8)所示：根据所述输出变量K(t)获得模糊增益后的前轮转角，如公式(9)所示：δh＝δ+K(t)sgn(s)    (9)根据模糊增益后的前轮转角计算方向盘转角，如公式(10)所示：δsw＝δh*isw    (10)其中isw表示方向盘与前轮之间的传动比；步骤S105，根据所述方向盘转角控制所述目标车辆行驶。