[发明专利]智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法及系统

说明书

本发明公开了智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法及系统，包括：步骤一，基于汽车动力学原理建立智能车路径跟踪控制系统模型；步骤二，由于信号采集、计算与传输过程中必然导致时延现象，因此在控制设计中考虑时滞因素，进而建立时滞控制器的设计条件；步骤三，通过信号采集和计算模块，在线获取智能车的实际运动状态信息，包括车辆质心侧偏角、横摆角速度、侧向误差和航向角误差，进而计算智能车前轮转向角及进行智能车的实时控制。本发明的控制方法具有结构简单、易于实现等优点；将控制系统中存在的时延现象考虑在控制设计过程中，使得到的时滞控制器更具鲁棒性，有效改善了智能车自主行驶性能，增强了智能车自主行驶的安全性。

技术领域

本发明属于智能汽车控制领域，具体涉及一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法。

背景技术

随着汽车保有量的上升，交通安全问题也成为了一种社会性问题，给人们的生命和财产造成了巨大损失。为了提高交通效率、保障道路安全，智能汽车逐渐成为学术界和工业界的研究热点。智能汽车是一种集环境感知、决策规划、控制执行等功能于一体的智能系统，在提高交通安全性、节约能源、减轻驾驶员的生理和心理负担方面具有显著的优越性。其中，路径跟踪控制技术通过控制汽车的主动转向系统使得汽车能够按期望路径行驶，是保障智能车自主行驶跟踪路径的基础。

路径跟踪控制旨在消除汽车在自主行驶过程中与参考轨迹之间的横向偏差和航向角误差，进而保证汽车行驶稳定性和安全性，已经成为研究汽车安全技术研究的重点。状态反馈最优控制方法能有效地应对车辆非线性因素、外界扰动和各种性能约束等问题，在路径跟踪领域具有重要的应用前景。现有技术中，专利号为CN 107015477 B的发明专利中提出了一种车辆路径跟踪的状态反馈控制方法，然而该方法忽略了信号采集、计算和传输过程中不可避免产生的时延现象。值得注意的是，缺乏对时滞的考虑，容易造成控制性能的退化甚至导致系统的失稳，给智能汽车自主行驶带来了严峻的安全威胁。因此，本发明提供一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法，其充分考虑了系统中存在的时滞现象，进一步提高了智能车系统的鲁棒性能和自主行驶能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术无法在时延环境下正常工作的缺点和不足，提供一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法，该方法能够进一步提高智能车自主行驶跟踪路径的精度，显著改善汽车的鲁棒性能和控制效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法，包括下述步骤：

步骤一，智能车系统的参数采集；

需要采集的智能车系统参数包括固有参数和实时参数，其中，

固有参数：智能车质量m，智能车横摆转动惯量I_z，智能车质心到前、后轴的距离l_f和l_r，以及智能车前后轮胎的侧偏刚度C_f和C_r；

实时状态：智能车质心侧偏角β，智能车横摆角度ψ、横摆角速度及横摆角加速度智能车与期望路径的侧向误差y_c，期望路径航向角ψ_d，智能车与期望路径的航向角误差ψ_c，即ψ_c＝ψ-ψ_d，前轮转向角δ_f，期望路径的曲率ρ(σ)；

步骤二，智能车路径跟踪控制系统状态空间模型建立；

智能车路径跟踪控制系统模型包括汽车动力学模型和运动学模型两种，其中

通过力学定律得到以下汽车动力学方程：