[发明专利]一种智能电动汽车自动换道分层控制系统及方法

权利要求书

1.一种智能电动汽车自动换道分层控制系统，其特征在于设有换道轨迹规划和换道轨迹跟踪，所述换道轨迹规划通过多项式拟合的方法实现智能电动汽车换道轨迹的动态规划，所述换道轨迹跟踪包括上层控制器和下层控制器，所述上层控制器采用李雅普诺夫稳定性理论，并通过传感器测得的位姿信息计算得到期望车速和前轮转向角；所述下层控制器采用自适应模糊PID的方法控制输出电机转矩，分配到各轮的车轮转速，实现对智能电动汽车对期望速度的跟踪，从而实现智能电动汽车自动换道轨迹跟踪。

2.智能电动汽车自动换道分层控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)换道轨迹规划，通过车载数据采集器获得车辆位姿及路况信息，根据车辆的位姿和前方车辆的位姿等信息进行换道轨迹的规划；

所述换道轨迹规划的具体步骤为：

(1)建立智能电动汽车换道规划轨的多项式函数f(x,y,t)，将其分解成x，y两个方向上的五次多项式如式(1)：

其中，a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅和b₀,b₁,b₂,b₃,b₄,b₅表示拟合系数；

(2)针对前方无障碍车辆换道工况，设定智能电动汽车的位置、速度和加速度为状态变量，设计五次多项式拟合函数，构建求解矩阵来求解待定系数A＝(a₅,a₄,a₃,a₂,a₁,a₀)和B＝(b₅,b₄,b₃,b₂,b₁,b₀)；

(3)针对前方有障碍车辆换道工况，设定当前车道上的障碍车辆与控制车辆的间距L₁、换道最小安全时间t_c和障碍车辆车速v_s，给出换道初始状态和目标状态，基于障碍车辆信息来动态规划换道轨迹；

2)换道轨迹跟踪，估计智能电动汽车实际位姿与换道期望轨迹所需期望姿态的偏差，建立智能电动汽车自动换道的偏差运动学模型，基于估计偏差和智能电动汽车实际位姿，设计基于李雅普诺夫稳定性理论的上层控制器，求出车辆期望速度v_c与期望前轮转向角δ_c，构建自适应模糊PID控制器，求出跟踪期望速度所需的电机转矩T；

所述换道轨迹跟踪的具体步骤为：

(1)通过数据采集模块实时采集智能电动汽车位姿，根据所述轨迹规划求出车辆期望的车辆位姿，实时计算两者的偏差，建立描述智能电动汽车自动换道偏差特征的运动学模型：

其中，e_x表示智能电动汽车换道纵向位置偏差，e_y表示智能电动汽车换道横向位置偏差，e_θ表示智能电动汽车换道方位偏差，v_r表示期望车速，δ_r表示期望前轮转角，l表示车辆前后轴距；

(2)根据李雅普诺夫稳定性理论构建智能电动汽车换道轨迹跟踪上层控制算法，动态求出期望速度v_c和期望前轮转角δ_c；

(3)根据上层控制器计算得到的期望速度v_c和数据采集器获取的实际速度v，求出速度偏差e及其变化率e_c，设计自适应模糊PID控制器实现智能电动汽车期望车速跟踪控制，求出智能电动汽车电机期望转矩。