[发明专利]智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法

说明书

本发明公开了一种智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法，包括以下步骤：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再进行力矩分配；步骤3、执行工作模式2，进行对车辆轨迹跟踪的漂移控制。

技术领域

本发明涉及一种属于四轮轮毂驱动电动汽车底盘优化控制领域的控制方法，更具体地说，本发明涉及一种基于切换控制的智能车轨迹跟踪与稳定性控制方法，涉及到车辆的运动学与动力学控制，可以改善车辆的操纵性、稳定性及舒适性。

背景技术

随着社会对车辆智能化、低碳化和轻量化的需求，发展智能电动汽车成为了提高车辆安全性，减小环境污染节约能源的重要途径，传统的主动安全控制系统已经无法满足目前复杂的交通环境，因此对智能电动汽车的电控系统的开发尤为重要。传统的控制方法主要是将车辆的运动学上的跟踪控制与动力学上的车辆稳定性控制分开考虑。智能车的轨迹跟踪研究方法通常是，根据车辆的状态信息和周边环境信息，规划处理想的参考轨迹，然后再通过对智能汽车的横向和纵向控制对理想的参考轨迹进行跟踪。车辆的稳定性控制主要集中在车辆的横摆力矩控制上，采用分层的控制方法，先集成控制后控制分配的策略，提高车辆的稳定性和舒适性。

然而，当前针对智能电动汽车轨迹跟踪与动力学控制研究，仍然存在着明显的不足，包括：

1、现阶段的轨迹跟踪控制器和运动控制器，在特定条件下都能较好的跟踪期望轨迹保证车辆的稳定性，但综合附着条件、车辆速度这些影响因素进去的研究较少，在高速复杂路面下很难保证车辆的稳定性和乘坐舒适性。

2、当前对于智能车轨迹跟踪与动力学控制的研究大多采用轨迹跟踪控制器与车辆横摆稳定控制器分开设计的方案，而两个控制器有共同的执行机构(例如转向电机和驱动电机)，会造成控制冲突，尤其在复杂路况或高速行驶时，会降低车辆的行驶安全性。

3、现阶段的轨迹跟踪控制与车辆动力学控制主要停留在基于模型进行的控制器设计，对环境和参数选择依赖程度高，即当环境突变的情况下不能很好的适应新状态条件下的轨迹跟踪。

4、目前对于车辆轨迹跟踪主要是在简单工况和复杂工况下分别研究，针对简单工况：低自由度动力学模型采用线性化解耦控制；针对复杂工况：高自由度动力学模型采用非线性强耦合控制算法。而在实际生活中不能保证车辆单纯的工作在简单工况或者复杂工况，显然，现阶段的轨迹跟踪控制器不能满足全工况下的车辆轨迹跟踪。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，最大程度地保证车辆轨迹跟踪的效果和车辆的安全性，本发明旨在提出一种智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法，更具体地说是根据车辆是否工作在侧向动力学稳定范围来划分工况，在侧向动力学稳定范围内，进行双闭环的轨迹跟踪控制与稳定性控制；超出侧向动力学稳定范围，基于漂移算法设计轨迹跟踪控制。

为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种智能电动汽车轨迹跟踪与运动控制方法，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；