[发明专利]基于车辆故障信号隔离的路径跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于车辆故障信号隔离的路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.建立车辆的动力学模型并将其线性化；

S2.构建目标函数，确定车辆的前轮偏角约束、前轮偏角增量约束和轮胎侧向角动态约束，建立模型预测控制器；

S3.将卡尔曼滤波与卡方检验相结合对车辆进行故障信号检测并将检测到的故障信号隔离；

S4.使用隔离故障信号后的传感器数据对车辆的路径进行跟踪控制；

所述步骤S2中，目标函数表示为：

其中，ρ是权重系数，ε是松弛因子，N_p是预测时域，N_c是控制时域，Q是状态加权矩阵，R是控制权重矩阵，k是当前计算的时刻，i是步长时间，Δη(k+i|k)表示输出偏差；Δu(k+i|k)表示控制偏差；

前轮偏角表示为：u(k+t)

u_min(k+t)＜u(k+t)＜u_max(k+t),k＝0,1,…,N-1；

前轮偏角增量约束表示：Δu(k+t)

Δu_min(k+t)＜Δu(k+t)＜Δu_max(k+t),k＝0,1,…,N-1；

其中，u_max为控制值的最大值，u_min为控制值的最小值；Δu_max为控制偏差的最大值，Δu_min为控制偏差的最小值，t为单位时间；

所述轮胎侧向角动态约束通过计算轮胎滑移角α与状态量ξ(k,t)的关系得到，轮胎滑移角

其中，α_f为车辆前轮胎上的加速度，α_r为车辆后轮胎上的加速度。

2.根据权利要求1所述基于车辆故障信号隔离的路径跟踪控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，建立三自由度的车辆动力学模型，包括车辆的纵向运动，横向运动和偏航角度，表示为：

使用泰勒展开式对该模型进行线性化；

其中，m是车辆质量；是偏航角；x和y分别是纵横向位置；δ_f为前轮旋转角度；I_z是z轴惯性矩；F_x是车辆上的总纵向力；F_y是车辆上的总侧向力；M_z是车辆的总横摆力矩；F_cf是车辆前轮胎的侧向力，F_cr是车辆后轮胎的侧向力，与车辆轮胎的转弯刚度和转角有关；F_lf是在车辆前轮胎上的纵向力，F_lr是在车辆后轮胎上的纵向力，与轮胎的纵向刚度和滑移率有关；L_f是从前轴到质心的距离，L_r是从后轴到质心的距离；表示车辆在x方向上的速度，表示车辆在x方向上的加速度；表示车辆在y方向上的速度，表示车辆在y方向上的加速度；表示偏航角速度，表示偏航角加速度。

3.根据权利要求2所述基于车辆故障信号隔离的路径跟踪控制方法，其特征在于：上述车辆的前轮偏角约束、前轮偏角增量约束和轮胎侧向角动态约束确定后，所述模型预测控制器表示为：

其中，A是系数均为1的下三角矩阵，u_f表示车辆前轮胎上的控制值，a_y表示车辆在y方向上的加速度；

得到每个控制时域中控制输入的递增序列，并将递增序列中的第一个元素作为实际输入增量运用于模型预测控制器中，重复上述过程，直到获得前轮偏角的预设控制输入值。