[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

说明书

本发明公开了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，包括：线控转向系统、上层路径跟踪控制器、下层前轮转角跟踪控制器。下层前轮转角跟踪控制器包括非线性扰动观测器和转角跟踪控制器，上层路径跟踪控制器实时确定当下前轮的转角目标值δ_f‑des，非线性扰动观测器用于检测当下转向电机模块的实际转矩T_{m_out}、齿轮齿条模块的实际位移x_r，以获得齿轮齿条模块的广义齿条力Fr。转角跟踪控制器基于转角目标值δ_f‑des、广义齿条力Fr，获得转向电机模块的转矩期望值T_des。下层前轮转角跟踪控制器还用于根据转矩期望值T_des计算得出转向电机模块的电压计算值u_real，转向电机模块的电压调整至电压计算值u_real。由此该路径跟踪系统可减小实际行驶路径与期望路径间的横向偏差。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及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。

背景技术

自动驾驶汽车的路径跟踪控制系统作为实现完全无人驾驶的关键环节，对汽车的行驶安全性至关重要。现有路径跟踪系统所采用的控制技术常包括以下几种方法：基于车辆动力学模型的模型预测控制(MPC)技术、线性二次型调节(LQR)控制方法、H∞鲁棒控制、滑模控制(SMC)等方法和不依赖于模型的比例-积分-微分(PID)控制、无模型自适应控制等。

上述多种方法在实际工程应用领域或研究探索中被用于改善自动驾驶汽车的路径跟踪效果。这些方法通常不需要考虑内外干扰项的具体数值及其在车辆系统中的作用方式，仅依靠传感器获得的状态信息对车辆实际位置和预期位置间的横向位移偏差值进行反馈修正，因此可将其视为广义的扰动抑制方法。

然而，在真实场景存在状态、输出约束以及不确定性扰动的条件下，依靠求取开环最优解的方法有时存在无解的可能。故单纯通过反馈控制或模型预测的控制方法，难以从本质上消除系统所受到的内外干扰，并且其控制精度受制于所建立车辆模型的准确、完备性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明目的在于提出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，该系统可较好地消除或抑制内外扰动所带来的横向位移偏差，有效完成自动驾驶汽车的路径跟踪和横向控制。

根据本发明实施例的基于齿条力观测的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统包括线控转向系统、上层路径跟踪控制器、下层前轮转角跟踪控制器，下层前轮转角跟踪控制器包括非线性扰动观测器和转角跟踪控制器，所述线控转向系统的转向执机构包括包括齿轮齿条模块和转向电机模块，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；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。

根据本发明实施例的基于齿条力观测的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，通过转矩期望值T_des：计算得出转向电机模块的电压计算值u_real，转向电机模块的电压调整至电压计算值u_real，可以较好地实现对自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪和横向控制，可以较好地消除或者抑制内外扰动所带来的横向位移偏差。

另外，根据本发明的基于齿条力观测的自动驾驶汽车分层抗扰路径跟踪系统，还可以具有如下附加的技术特征：