一种智能汽车的人机共享转向控制方法与流程

文档序号:23845922发布日期:2021-02-05 11:35阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,包括:分别建立车辆动力学方程、车辆运动学方程和单点预瞄驾驶员转向模型,进而建立全局的人-车-路系统模型;针对所建立的人-车-路系统模型进行后续的控制设计,包括确定系统控制目标以及设计智能汽车的人机共享转向系统,所述系统控制目标是保证车辆以最小的侧向误差和航向角误差来跟踪期望路径,满足||z(t)||2<γ||ω(t)||2,其中,输出性能向量z(t)=[y
e ψ
e
]
t
=cx(t),x(t)为系统的状态向量,c为被控输出矩阵;y
e
指车辆在预瞄距离l
d
处与期望路径的侧向误差,其可表示为y
e
=y
c
+l
d
ψ
e
;y
c
和ψ
e
分别表示车辆当前位置的侧向误差和航向角误差,其中ψ
e
可表示为车辆实际横摆角ψ和期望航向角ψ
d
的差,即ψ
e
=ψ-ψ
d
;ρ(σ)指道路曲率,γ为采用共享转向控制器得到的闭环系统对于外部干扰的抑制指标参考值,ω(t)为系统的干扰输入;所述人机共享转向系统的控制输入u(t)=kx(t-τ(t)),其中τ(t)指控制回路中总的时间延迟,为网络诱导延迟、信号传输延迟和执行器延迟之和,并满足0≤τ
m
≤τ(t)≤τ
m
,式中,τ
m
和τ
m
分别代表控制回路中总时间延迟的下界和上界,k代表共享转向控制器的增益矩阵;通过计算控制输入u(t)=kx(t-τ(t))获得主动转向角,通过人机共享转向系统将所述主动转向角施加于车辆,实现智能汽车路径跟踪与安全行驶。2.根据权利要求1所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,所述车辆动力学方程如下:其中:f
yf
=f
yfl
+f
yfr
=2c
f
α
f
,f
yr
=f
yrl
+f
yrr
=2c
r
α
r
,指前轮转向角;δ
d
和δ
c
分别指驾驶员的方向盘转角和转向系统的主动转向角;r
s
指转向系统的传动比;v
y
和v
x
分别指车辆的侧向速度和纵向速度;ψ、和分别指车辆的横摆角、横摆角速度和横摆角加速度;β指车辆的质心侧偏角,其可近似为v
y
和v
x
的比值;f
w
和l
w
指车辆受的侧向干扰力及受力点与质心的距离;i
z
指车辆的横摆转动惯量;l
f
和l
r
分别指车辆质心到前轴和后轴的距离;f
yf
表示前轮的总侧偏力,其为前左轮侧偏力f
yfl
和前右轮侧偏力f
yfr
之和;f
yr
表示后轮的总侧偏力,其为后左轮侧偏力f
yrl
和后右轮侧偏力f
yrr
之和;c
f
和c
r
分别指车辆前后轮胎的侧偏刚度;α
f
表示前轮侧偏角;α
r
表示后轮侧偏角,m指车辆的质量。3.根据权利要求1所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,所述车辆运动学方程如下:其中,y
e
指车辆在预瞄距离l
d
处与期望路径的侧向误差,其可表示为y
e
=y
c
+l
d
ψ
e
;y
c
和ψ
e
分别表车辆当前位置的侧向误差和航向角误差,其中ψ
e
可表示为车辆实际横摆角ψ和期望航向角ψ
d
的差,即ψ
e
=ψ-ψ
d
;ρ(σ)指道路曲率。4.根据权利要求1所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,所述单
点预瞄驾驶员转向模型如下:近似为式中τ
d
=τ
d1

d2
,s为拉氏变换算子;驾驶员转向模型在时域的表达式为:其中,g
h
,τ
d1
,τ
d2
和τ
p
分别指驾驶员模型中的驾驶员转角增益,纯时延,神经肌肉时延和预瞄时间;τ
d
=τ
d1

d2
,δ
d
和y
p
分别代表驾驶员转角δ
d
和驾驶员预瞄距离l
p
处的横向误差y
p
,其中l
p
可表示为l
p
=τ
p
v
x
,y
p
可表示为y
p
=y
e
+(l
p-l
d

e
;s为拉氏变换算子;分别代表驾驶员转角的一阶导数和二阶导数。5.根据权利要求1所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,所述人-车-路系统模型为:式中,ω(t)=[f
w ρ(σ)]
t
,u(t)=δ
c
,,式中,x(t)为系统的状态向量,ω(t)为系统的干扰输入,u(t)为系统的控制输入,a、b1和b2分别为系统矩阵、干扰输入矩阵和控制输入矩阵。6.根据权利要求1所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于,所述人机共享转向系统的控制输入u(t)=kx(t-τ(t))中,控制器的增益矩阵k通过求下面两个线性不等式来获得且它的计算公式为:k=yw-1
,在下面两个不等式中,τ
m
、τ
m
、κ和γ是用户根据实际需要给定的正数,p、r1、r2、s1、s2、q1、q2、q3、q4为适当维数的正定矩阵,m1、m2、w和y是适当维数的一般矩阵;
式中:式中:式中:式中:ω6=[γ5γ6]+[γ5γ6]
t
γ1=diag(s2+q
3 3(s2+q3) 5(s2+q3)),γ2=diag(s2+q
4 3(s2+q4) 5(s2+q4))γ3=diag(q
3 3q
3 5q3),γ4=diag(q
4 3q
4 5q4)γ5=e1+e
11
β,f1(t)=[e
1 τ
m
e
5 (τ(t)-τ
m
)e6+(τ
m-τ(t))e7τ
m
e8],f2=[e
11 e
1-e
2 e
2-e
4 2(e
1-e5)]f3=[e
2-e
3 e2+e
3-2e
6 e
2-e3+6e
6-6e9],f4=[e
3-e
4 e3+e
4-2e
7 e
3-e4+6e
7-6e
10

c
=τ
m-τ
m
,其中n=1,2,...,12。7.根据权利要求1-6任一所述的一种智能汽车的人机共享转向控制方法,其特征在于:使用得到的共享转向控制器进行智能汽车的在线控制,使得全局系统满足渐近稳定性和期望的性能要求||z(t)||2<γ||ω(t)||2,其中γ为抑制指标参考值。
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