[发明专利]车辆过弯时间优化算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆过弯时间算法，具体涉及一种车辆过弯时间优化算法。

背景技术

赛车是使用汽车做速度竞赛的运动。在1895年，这项运动第一次在法国出现。如今，它已经成为了全世界吸引最多观众观看的一项体育赛事。

在F1方程式赛车或智能车竞赛中，单圈时间最小化是选手们追求的最终目标。大多数形式的赛车比赛中，当赛车进入直道环节，除了车手需要熟练把握最佳的换挡时间，赛车本身的性能也对汽车速度有很大的影响。当进入各种各样的弯道后，车手要同时将刹车、油门、方向、档位环节做到完美，才能甩开其他对手，取得领先。因而对于一个赛车手来说，过弯的技巧对于最终能否取得比赛的胜利起着关键的作用。因此，如何更快完成过弯，是每个赛车手面对的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种减少赛车过弯时间的车辆过弯时间优化算法。

本发明提供了一种车辆过弯时间优化算法，用于获得车辆沿预定车道过弯时所述车辆的前轮最优转角从而使所述车辆转弯时使用时间最少，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，驾驶员根据预定车道及车辆运行的速度和方向给定控制转角；步骤2，车载传感器采集车辆运行中的速度和车轮侧偏角；步骤3，Kalman滤波器基于预定规则根据速度得到车辆运行轨迹与预定车道的中心线之间的方向偏差和侧向位移偏差；步骤4，控制器根据速度、方向偏差和侧向位移偏差基于最优控制算法得到附加转角；步骤5，控制转角与附加转角相加得到前轮最优转角。

在本发明所提供的车辆过弯时间优化算法，还可以具有这样的特征：其中，速度包含：横摆角速度、纵向速度以及侧向速度。

在本发明所提供的车辆过弯时间优化算法，还可以具有这样的特征：其中，步骤3包括以下步骤：

步骤3-1，Kalman滤波器采集所述预定车道的中心线信息和边界信息，

步骤3-2，Kalman滤波器基于预定规则根据所述速度和所述中心线信息和边界信息得到所述车辆运行轨迹与所述预定车道的中心线之间的所述方向偏差和所述侧向位移偏差。

在本发明所提供的车辆过弯时间优化算法，还可以具有这样的特征：其中，所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：根据所述速度、所述车轮侧偏角、所述方向偏差和所述侧向位移偏差得到所述车辆运动距离的增量，

步骤4-2：根据所述增量建立二次目标函数，所述二次目标函数J为：

其中，q₁和q₂表示加权系数，δ为前轮最优转角，Δψ为方向偏差，Δy为侧向位移偏差，r_r为所述预定车道的中心线弯度的半径，

步骤4-3：根据所述侧向速度、所述横摆角速度、所述方向偏差和所述侧向位移偏差得到简化的所述二次目标函数：

步骤4-4：通过求解黎卡提方程，得到反馈增益K_LQG,所述解黎卡提方程为：

A′P+PA-(PB+N)R^-1(B′P+N′)+Q＝0

其中，R＝1，N＝0，v_x为纵向速度，a_y为侧向加速度，C_yf为前轮侧偏刚度，C_yr为后轮侧偏刚度，q3和q₄表示加权系数，T为预瞄时间，a为汽车质心至前轴距离，b为汽车质心至后轴距离，I为车辆横摆转动惯量，m为汽车质量，P为黎卡提方程的解，

步骤4-5：根据所述反馈增益基于预定规则得到所述附加转角，所述附加转角为：

δ_LOG＝-K_LOGΔx

其中，Δx＝x-x₀，Y^*为预定车道，ψ^*为预定车道切线与与X轴之间的夹角，X轴为惯性坐标系下的坐标轴。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的车辆过弯时间优化算法，因为驾驶员首先根据车辆行驶的路形及运动状态给定一个控制转角，车载传感器获得车辆运行中的运动状态，Kalman滤波器根据车辆运行中的运动状态基于预定规则得到车辆运行轨迹与预定车道的中心线之间的方向偏差和侧向位移偏差，控制器根据运动状态、方向偏差和侧向位移偏差基于最优控制算法得到附加转角，控制转角和附加转角共同决定了车辆的前轮最优转角，本发明的车辆过弯时间优化算法通过计算得到优化转角使得车辆在过弯时使用时间短，从而缩短赛车手完成整个赛程所需的时间，取得好的成绩。

附图说明