[发明专利]一种无人车辆极限工况下横纵向耦合控制方法

权利要求书

1.一种无人车辆极限工况下横纵向耦合控制方法，其特征在于，包括：

构建NMPC横纵向耦合控制预测模型、横向NMPC控制模型和纵向PID控制模型；

将所述NMPC横纵向耦合控制预测模型及其相应的车辆模型和性能评价指标函数组成第一控制器；

将所述横向NMPC控制模型及其相应的车辆模型和性能评价指标函数、结合所述纵向PID控制模型组成第二控制器；

在每个控制周期内，根据当前车速和道路曲率判断当前行驶工况，选择所述第一控制器或所述第二控制器对车辆速度及前轮转角进行控制；

其中，在判定当前行驶工况为高速过弯极限工况的情形下，采用所述第一控制器；在判定当前行驶工况为低速或小曲率道路行驶工况的情形下，则采用所述第二控制器；

所述横纵向耦合控制预测模型描述为式(3)：

所述横向NMPC控制模型描述为式(4)：

所述纵向PID控制模型描述为式(5)：

Δa(k)＝K_p(e(k)-e(k-1))+K_ie(k)+K_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2))

(5)

式中，y_e为车辆横向距离偏差，为车辆横向距离偏差变化率，ε_e为车辆航向角偏差，为车辆航向角偏差变化率，为车辆纵向速度V_x，为车辆横向速度V_y，κ为跟踪目标点处的道路曲率，分别为车辆纵向速度和横向速度，为车辆沿x轴的纵向加速度a_x，为车辆沿y轴的横向加速度a_y，m为车辆质量，为车辆横摆角，为车辆横摆角速度，为车辆横摆角速度随时间的变化率，β为车辆质心侧偏角，为车辆质心侧偏角随时间的变化率，δ_f为车辆前轮转角，l_f为质心到前轴中心的距离，l_r为质心到后轴中心的距离，C_cf为前轮侧偏刚度，C_cr为后轮侧偏刚度，I_z为车辆转动惯量，K_p、K_i、K_D为预设的PID系数，e(k)为k时刻期望速度v_des与当前速度v之间的偏差，Δa(k)为k时刻的纵向加速度增量。