[发明专利]一种多状态反馈的智能汽车可拓车道保持控制方法

权利要求书

1.一种多状态反馈的智能汽车可拓车道保持控制方法，其特征在于，

所述控制方法的实现包括如下步骤：

步骤1，建立二自由度动力学模型；

步骤2，计算车道线拟合；

步骤3，计算状态量偏差；所述状态量偏差是指选取当前车辆运动状态量与下一时刻期望的状态的偏差；

步骤4，多维可拓特征量提取和域界划分：将状态量偏差作为可拓控制器特征量，建立多状态可拓集合，对多状态可拓集合进行域界划分，将整个可拓集合划分为经典域、可拓域和非域三个区域；所述多维可拓特征量选择横摆角速度r，侧向加速度a_y，预瞄点横向位置偏差e_L，航向偏差由此构成多维特征状态集合，记做

步骤5，计算关联函数；

步骤6，输出前轮转角；

步骤1的具体实现包括：

设车辆整车质量为M，车辆绕质心z轴的转动惯量为I_z，前后轴距离质心的距离分别为l_f、l_r，v_x、v_y分别为车辆沿x轴和y轴的纵向速度和侧向速度，β、r分别为质心侧偏角和横摆角速度，F_yfl、F_yfr、F_yrl、F_yrr分别为四个车轮受到的侧向力，定义F_yf、F_yr分别为前轴和后轴轮胎受到的侧向合力，表示为F_yf＝F_yfl+F_yfr、F_yr＝F_yrl+F_yrr，前轮转角δ_f调节车辆行驶方向，δ_f作为车辆二自由度模型的输入参数，假设车辆纵向速度v_x为常数，左右车轮的侧偏角相同，I_z为绕质心的转动惯量；则车辆二自由度动力学模型方程可以表示为：

前轴和后轴轮胎受到的侧向合力F_yf、F_yr与前后轮轮胎侧偏角α_f、α_r的关系为：

F_yf(t)＝c_fα_f(t) F_yr(t)＝c_rα_r(t) (2)

其中，c_f、c_r为前后轮胎侧偏刚度，在轮胎工作于线性区时，其值为定值；

前后轮胎侧偏角α_f、α_r可表示为：

将式(2)和(3)代入式(1)中，可以得到方程：

其中，

将其写成状态空间方程形式：

其中，状态量x＝[β,r]^T，且u＝δ_f；

步骤5中，所述计算关联函数的方法如下：

在车辆运动过程中，实时特征状态量记做状态量对应的期望值点记做S₂＝[r_des(t) a_ydes(t) 0 0]^T，那么实时状态量与期望值点的可拓距为：

经典域可拓距为：

r_om、a_yom、e_Lom、分别表示横摆角速度、侧向加速度、预瞄点点横向位置偏差和航向偏差经典域边界值；

可拓域可拓距为：

r_m、a_ym、e_Lm、分别表示横摆角速度、侧向加速度、预瞄点点横向位置偏差和航向偏差可拓域边界值；

如果实时特征状态量S₁与对应的期望值点S₂偏差特征状态量

位于经典域R_os中，r_des(t)、a_ydes(t)分别表示期望的横摆角速度和期望的侧向加速度随时间的变化值；

则关联函数为：

K(S)＝1-|S₁S₂|/M_o

否则，

K(S)＝(M_o-|S₁S₂|)/(M-M_o)

所以，关联函数表示为：

步骤6的具体实现包括：

步骤6.1，首先根据关联函数值对系统特征量模式识别，模式识别规则如下所示：

IF K(S)≥0,THEN为测度模式M₁；

IF -1≤K(S)0,THEN为测度模式M₂；

ELSE为测度模式M₃；

步骤6.2，基于对实时特征量的模式识别，在对应的模式下采用对应的前轮转角输出值；

当测度模式为M₁时，车辆-道路系统处于稳定状态，此时控制器前轮转角输出值为：

δ_f＝-kS

其中，k为测度模式M₁基于特征量S的状态反馈系数，k＝[k_c1 k_c2 k_c3 k_c4]^T，采用极点配置方法选择状态反馈系数；

当测度模式为M₂时，车辆-道路系统处于临界失稳状态，属于可调范围内，通过增加附加输出项，将车辆-道路系统重新调节到稳定状态，前轮转角输出值为：

δ_f＝-k{S+k′K(S)[-sgn(S)]}

k′为测度模式M₂下附加输出项控制系数，该系数基于测度模式M₁下控制量适量人工调节，保证附加输出项能够使得车辆-道路系统在此回到稳定状态；

其中，

k′K(S)[-sgn(S)]为附加输出项；

当测度模式为M₃时，前轮转角输出值为：

δ_f＝0；

因此，前轮转角输出值为：

上述R_S表示可拓域。