[发明专利]基于齿条力观测的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统

权利要求书

1.一种基于齿条力观测的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，包括：

线控转向系统，所述线控转向系统的转向执机构包括齿轮齿条模块和转向电机模块；

上层路径跟踪控制器，所述上层路径跟踪控制器用于根据已规划的行驶轨迹，实时确定当下前轮的转角目标值δ_f-des；

下层前轮转角跟踪控制器，包括：

非线性扰动观测器，用于检测当下所述转向电机模块的实际转矩T_{m_out}，以及所述齿轮齿条模块的实际位移x_r，通过计算获得所述齿轮齿条模块的广义齿条力Fr；

转角跟踪控制器，基于所述转角目标值δ_f-des、所述广义齿条力Fr，获得所述转向电机模块的转矩期望值T_des；

所述下层前轮转角跟踪控制器还用于根据所述转矩期望值T_des计算得出所述转向电机模块的电压计算值u_real，所述转向电机模块的电压调整至所述电压计算值u_real。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，在所述非线性扰动观测器中，选取状态变量x₁＝x_r和根据所述齿轮齿条模块的动力学方程，构建所述齿轮齿条模块的状态空间表达式，所述齿轮齿条模块的状态空间表达式的输入变量为T_{m_out}，输出变量为Fr。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，在所述齿轮齿条模块的状态空间表达式得到的Fr中，引入高增益系数以得到收敛的Fr值。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，在所述转角跟踪控制器中，所述转向电机模块的转矩期望值T_des等于等效控制率T_eq和辅助控制率T_aux之和，所述等效控制率T_eq根据所述齿轮齿条模块的期望齿条位移和实际齿条位移间的偏差获得，所述辅助控制率T_aux通过依据超螺旋算法的辅助控制律获得。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，在求取所述等效控制率T_eq时，根据所述齿轮齿条模块的期望齿条位移和实际齿条位移间的偏差，构造非奇异快速终端滑模的滑模面公式，通过对所述滑模面求导，且令所述滑模面的导数值为0时计算得到所述等效控制率T_eq。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，所述辅助控制率T_aux与所述滑模面公式相关的函数。

7.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，所述上层路径跟踪控制器确定当下前轮的转角目标值δ_f-des的模型如下：

其中，G＝[-E^TQΘ 0]。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，所述转角目标值δ_f-des的模型计算时通过e(k)进行修正，e(k)满足：e(k)＝X(k)-X(k|k-1)。

9.根据权利要求7所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，所述上层路径跟踪控制器对车辆建立的是七自由度车辆动力学模型，所述七自由度车辆动力学模型与选取的状态量控制量u＝δ_f相关，通过七自由度车辆动力学模型得到输出量Y＝[γ,y]，其中v_y为横向车速，v_x为纵向车速，γ为横摆角，y为侧向位移，x为纵向位移，δ_f为前轮转角。

10.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，其特征在于，所述齿轮齿条模块通过以下动力学模型定义所述广义齿条力Fr：

式中，m_r为所述齿轮齿条模块的质量；B_r为所述齿轮齿条模块的阻尼系数；r_p为转向小齿轮半径。