[发明专利]一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法

权利要求书

1.一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法，其特征在于，设计上层控制器和下层控制器；上层控制器通过优度评价方法选择优度高的车辆前轮转角输出值，下层控制器基于关联度对上层控制器输出的前轮转角进行协调，输出协调后的前轮转角给控制对象；

上层控制器：获取车辆-道路状态量，车辆与道路中心线的横向位置偏差e_p、车辆与道路中心线的航向偏差车辆横摆角速度以及道路中心线曲率ρ作为输入值分别输入到PID反馈控制器与PID前馈-反馈控制器，对应输出车辆前轮转角δ_f1和δ_f2，并将输出值分别带入评价指标预估模型，求得两组对应的车辆-道路预估状态量，采用优度评价方法对两组车辆-道路预估状态量进行评价，选择优度值高的结果，将其对应的前轮转角作为上层控制器的输出值输入到下层控制器中。

2.根据权利要求1所述的一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法，其特征在于，所述控制方法的具体实现：

下层控制器：通过当前车辆与道路中心线的横向位置偏差e_p以及道路中心线曲率ρ计算关联函数K(S)，利用关联函数K(S)将上层控制器输出值前轮转角δ_f进行协调，输出协调后的前轮转角给车辆-道路状态空间方程。

3.根据权利要求2所述的一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法，其特征在于，所述车辆-道路状态空间方程根据车辆二自由度动力学模型、路径跟踪预瞄偏差模型建立得到：

其中：

m为车辆质量(kg)；v_x、v_y分别为车辆纵向速度、横向速度(m·s^-1)；为车辆航向角(rad)；δ_f为车辆前轮转角(rad)；I_z为车辆绕z轴的转动惯量(kg·m²)；a、b分别为车辆前轴距离和后轴距离(m)；k₁、k₂分别为前、后轮轮胎的侧偏刚度(N·rad^-1)；ω_r为车辆横摆角速度(rad·s^-1)；

e_p为预瞄点的横向偏差，为e_p的一阶导数，为e_p的二阶导数，为车辆与道路中心线的航向偏差，分别为其一阶导数和二阶导数，L为预瞄距离。

4.根据权利要求3所述的一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法，其特征在于，所述车辆二自由度动力学模型为：

其中，m为车辆质量(kg)；v_x、v_y分别为车辆纵向速度、横向速度(m·s^-1)；为车辆航向角(rad)；δ_f为车辆前轮转角(rad)；I_z为车辆绕z轴的转动惯量(kg·m²)；a、b分别为车辆前轴距离和后轴距离(m)；k₁、k₂分别为前、后轮轮胎的侧偏刚度(N·rad^-1)；ω_r为车辆横摆角速度(rad·s^-1)；

所述路径跟踪预瞄偏差模型：

其中，v_y为车辆状态量侧向速度，v_x车辆纵向速度，为车辆与道路中心线的航向偏差，L为预瞄距离，ρ为道路中心线曲率，为的二阶导数，为v_y的一阶导数。

5.根据权利要求3所述的一种基于可拓优度评价的自动驾驶汽车横向协调控制方法，其特征在于，所述评价指标预估模型由车辆-道路状态空间方程转化得到：

为道路中心线切线与大地横坐标的夹角，c₁、c₂分别为车辆前端与期望路径之间的横向位置偏差。