[发明专利]智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法

权利要求书

1.一种智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据给定目标轨迹以及当前路况，判断车辆是否能够工作在侧向稳定范围内；若工作在稳定区域内，执行步骤2；若超出侧向稳定范围，执行步骤3；

步骤2、执行工作模式1，采用车辆轨迹跟踪与横摆稳定双闭环控制进行车辆轨迹跟踪与稳定性控制：根据期望行驶轨迹以及车辆运动学模型，解算出车辆的期望航向角；建立三自由度车辆动力学模型，设计轨迹跟踪控制器，将车辆的期望航向角与上一时刻的航向角差值输入到轨迹跟踪控制器，求解得到前轮转角和纵向速度；采用模型预测控制算法设计横摆稳定控制器，并将轨迹跟踪控制器求解得到的前轮转角与纵向速度作为横摆稳定控制器的状态输入，再进行力矩分配，实现对智能车的控制；

所述步骤2中，建立三自由度车辆动力学模型包括以下步骤：

建立三自由度车辆动力学方程：

式中：v_x、v_y分别表示车辆的纵向速度和侧向速度；F_lf、F_lr分别表示为车辆前、后轮与轮胎的纵向刚度、滑移率有关的纵向力；F_cf、F_cr分别表示为车辆前、后轮与轮胎的侧偏刚度、侧偏角有关的侧向力；γ为车辆横摆角速度；a、b分别为车辆质心到前、后轴的距离；δ_f为前轮转角；I_z为转动惯量；

轮胎力表示为：

F_lf＝C_lfs_f

F_lr＝C_lrs_r

式中：C_lf、C_lr分别表示为车辆前、后轮胎的纵向刚度；C_cf、C_cr分别表示为车辆前、后轮胎的侧向刚度；s_f、s_r分别表示为车辆前、后轮胎的纵向滑移率；

步骤3、执行工作模式2，进行对车辆轨迹跟踪的漂移控制：计算在漂移状态下车辆质心位置变化，建立用于对车辆轨迹进行跟踪的漂移控制车辆动力学模型，并设计轨迹跟踪控制器进行漂移控制。

2.如权利要求1所述的一种智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法，其特征在于，所述步骤2中，设计轨迹跟踪控制器并获得包括以下步骤：

面向轨迹跟踪控制器设计的控制模型为：

状态变量为u＝[δ_f]为控制量，控制输出为

离散化后的状态空间模型描述为：

定义预测时域为p，控制时域为m，p＞m；

在k+p时刻，车辆状态为x(k+p)＝F(x(k),u(k),u(k+1),…,u(k+m),…,u(k+p-1))；

当采样时间大于控制时域时，保持控制输入不变直到预测时域u(k+m-1)＝u(k+m)＝u(k+m+1)＝…u(k+p-1)；

因此定义k时刻的最优控制输入：

相应的k时刻的预测输出：

系统的参考输入序列为：

在第k个采样时刻，y(k)作为控制系统预测的初始值，即y(k|k)＝y(k)；

目标函数为：

J＝Γ_Q||Y(k+1|k)-R(k+1)||²+Γ_R||U(k)||²

其中，Γ_Q＝diag(τ_Q1,τ_Q2,…,τ_Qp)为控制车辆姿态的权重系数；Γ_R＝diag(τ_R1,τ_R2,…,τ_Rp)为控制输入的权重系数。