[发明专利]一种四轮转向自动驾驶汽车横向鲁棒容错控制系统及方法

说明书

一种四轮转向自动驾驶汽车横向鲁棒容错控制系统及方法，属于无人驾驶汽车领域。通过车载INS模块和车载视觉模块实时获取四轮转向自动驾驶汽车行驶运动状态信息及道路位置信息并进行融合；建立描述执行器故障、参数不确定性和外部干扰的四轮转向自动驾驶汽车的横向控制模型；设计横向鲁棒H_∞容错控制方法，用于克服执行器故障下四轮转向自动驾驶汽车的参数不确定性的影响，并在保持稳定性和乘坐舒适性的同时，确保跟踪误差的渐近收敛，实现四轮转向自动驾驶汽车的横向鲁棒容错控制。可以增强系统的横向跟踪性能，使汽车在转向执行器发生故障时，依然能够准确地在预期道路上行驶。

技术领域

本发明属于无人驾驶汽车领域，特别是涉及到一种四轮转向自动驾驶汽车的横向鲁棒容错控制系统及方法。

背景技术

自动驾驶汽车是一个集环境感知、决策控制和动作执行等功能于一体的综合系统。具有四轮转向机构的自动驾驶汽车的优点是通过这种四轮转向机构能有效降低/消除车辆侧滑事故的发生几率，明显改善车辆高速行驶的稳定性及安全性。

横向控制系统是自动驾驶汽车的核心部分之一，对自动驾驶汽车的自主行驶性能具有重大影响，该系统旨在基于车载传感器获取的信息限制自动驾驶汽车与所期望行驶道路之间的误差。由于自动驾驶汽车具有参数不确定性和非线性等特征，因此横向控制被认为是自动驾驶汽车领域最具挑战性的问题之一。文献1(Du X.,Htet K.,Tan K.,Development of a genetic algorithm based nonlinear model predictive controlscheme on velocity and steering of autonomous vehicles[J].IEEE Transactionson Industrial Electronics,2016,vol.63,no.11,2016,pp.6970-6977)设计了一种自动驾驶汽车的非线性模型预测转向控制系统，并通过实际验证了这种转向控制方法的有效性。文献2(Xia Y.,Pu F.,Li S.and Gao Y.,Lateral path tracking control ofautonomous land vehicle based on ADRC and differential flatness[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2016,vol.63,no.5,pp.3091-3099)设计了一种自抗扰横向控制系统，以增强控制系统的鲁棒性能。

虽然已经有很多学者对自动驾驶汽车的横向控制进行了研究，但是对执行器故障下配置四轮转向机构的自动驾驶汽车横向容错控制的研究相当有限。此外，四轮转向自动驾驶汽车横向动力学模型存在参数不确定性和外部干扰，如果在控制设计过程中没有考虑不确定性和外部干扰，则横向运动控制系统的性能将受到影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决执行器故障情况下具有参数不确定性和外部干扰的四轮转向自动驾驶汽车的横向控制这一技术难点问题，提供一种四轮转向自动驾驶汽车的横向鲁棒容错控制系统，以增强系统的横向跟踪性能，使汽车在转向执行器发生故障时，依然能够准确地在预期道路上行驶。

本发明的另一目的在于提供一种四轮转向自动驾驶汽车的横向鲁棒容错控制方法。

所述四轮转向自动驾驶汽车的横向鲁棒容错控制系统包括车载视觉模块、车载INS模块、侧偏角估计模块、信息融合模块、横向控制模型设计模块和鲁棒容错控制器模块；

所述车载视觉模块、车载INS模块和侧偏角估计模块的输入端接四轮转向自动驾驶汽车的输出端，车载视觉模块、车载INS模块和侧偏角估计模块的输出端接信息融合模块的输入端，信息融合模块依次接横向控制模型设计模块与鲁棒容错控制器模块，鲁棒容错控制器模块的输出端接四轮转向自动驾驶汽车；