[发明专利]智能汽车纵向动力学系统混杂动态建模与优化控制方法

说明书

智能汽车纵向动力学系统混杂动态建模与优化控制方法，包括：建立整车纵向动力学模型，并对模型中存在的非线性部分进行分段仿射近似；建立整车纵向动力学系统混杂动态模型；基于混合逻辑动态模型及预测控制方法，将智能汽车纵向运动控制问题转化为一类混合整数二次规划问题进行求解，实现系统优化控制律的综合，确定智能汽车纵向运动控制过程中驱动力矩与制动力矩的最佳值以及驱动模式和制动模式间的最佳切换序列。本发明解决了现有的汽车纵向运动控制方法无法准确描述系统中存在的混杂动态特征及车速调节过程中驱动模式与制动模式平滑切换的问题。

技术领域

本发明涉及一种智能汽车纵向动力学系统混杂动态建模与优化控制方法，特指是采用混杂系统建模及其优化控制理论进行智能汽车纵向动力学控制，属于智能汽车运动控制领域。

背景技术

作为智能交通系统的重要组成部分，智能汽车是一个集环境感知、规划决策以及运动控制等功能于一体的高新技术载体，其可在不同道路环境下实现自主驾驶，代表了汽车未来发展的重要方向。运动控制是实现智能汽车自主驾驶的关键环节之一，其研究内容主要包括横向运动控制与纵向运动控制，其中，纵向运动控制对于实时调节汽车纵向运动状态、保证智能汽车行驶安全具有重要意义。

为跟踪目标车速，智能汽车在纵向运动控制过程中必然涉及驱动模式与制动模式间的离散切换，以往控制方法由于在建模时无法准确描述系统中存在的连续动态过程与离散事件相耦合的复杂动态特征，因此，在控制策略设计上，大多只能通过设定固定阈值作为工作模式切换的逻辑判断条件，这不仅会导致系统自适应能力降低，同时还无法避免系统在设定阈值附近可能出现的振荡行为，从而引起智能汽车自主驾驶过程中较大的纵向冲击。混杂系统是指一类同时包含服从传统物理规律的连续动态过程以及遵从人为决策信息逻辑规则的离散事件的系统。随着相关理论和技术的不断发展，混杂系统建模及其优化控制方法已在多个工程领域得到成功应用。

因此，针对智能汽车纵向运动控制过程中存在的混杂动态特征，如何采用混杂系统建模及其优化控制技术设计系统自适应控制器，有效提高系统综合控制性能，具有重要的研究意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种智能汽车纵向动力学系统混杂动态建模与优化控制方法，通过混杂系统建模理论准确描述智能汽车纵向运动控制过程中存在的混杂动态特征，进而采用混杂控制技术实现智能汽车纵向运动的协调优化控制。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明所述的智能汽车纵向动力学系统混杂动态建模与优化控制方法，是按照以下步骤实现的：

步骤1，建立以驱动力矩和制动力矩为输入、纵向车速为输出的整车纵向动力学模型，并对模型中存在的非线性部分进行分段仿射近似；

步骤2，基于混合逻辑动态建模方法建立以驱动力矩和制动力矩为连续输入、以反映驱动模式和制动模式是否工作的逻辑变量为离散输入以及以纵向车速为输出的整车纵向动力学系统混杂动态模型；

步骤3，基于混合逻辑动态模型及预测控制方法，将智能汽车纵向运动控制问题转化为一类混合整数二次规划问题进行求解，实现系统优化控制律的综合，确定智能汽车纵向运动控制过程中驱动力矩与制动力矩的最佳值以及驱动模式和制动模式间的最佳切换序列；

步骤4，进行整车纵向运动控制性能仿真分析，验证系统实际控制性能，若控制性能达不到设定要求，则重新回到步骤3。

优选地，所述步骤1中建立以驱动力矩和制动力矩为输入、纵向车速为输出的整车纵向动力学模型的过程如下：

通过进行整车纵向受力分析，得到整车纵向力学平衡方程如下：