[发明专利]基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法，通过建立车辆动力学控制方程，建立滑模面，以指数趋近律为基础，获取加速度输出，结合模型参考自适应控制算法，最终获取理想加速度输出，用于纵向调节自动驾驶车辆与前车的间距。本发明能够提高控制精度，可以有效地解决自动驾驶纵向间距控制过程中的系统抖振，外界扰动，和非线性因素引起的干扰，从而明显地改善控制系统性能，提升纵向间距控制的稳定性和精确性。同时可以有效解决车辆控制不确定性以及参数特性时变的问题，能够按照自适应参数调节控制律，使得车辆被控性能达到预期目标。

技术领域

本发明涉及一种智能车辆控制方法，尤其涉及一种滑模控制与模型参考自适应控制相结合的自动驾驶车辆间距控制算法。

背景技术

智能驾驶作为未来汽车工业发展的重要领域，受到了国内外科研机构的广泛关注，而纵向间距控制对驾驶的安全性和舒适性起着重要作用，因此在设计开发的过程中，需要进行严格的算法选型和仿真验证。由于汽车整车模块相互之间通讯存在纯延迟，时滞和耦合特性，同时汽车动力学和运动学模型本身也具有参数繁杂以及非线性特性，故而在控制设计过程中需要综合考虑各种外界环境带来的干扰。

现有技术中有多种控制算法已在自动驾驶车辆的控制上得到了应用，如PID控制，MPC控制，LQR控制，滑模控制等。专利CN201810765512.5公开了一种基于视觉动力学的自动驾驶车辆二阶滑模控制的方法，该方法解决了传统滑模控制不连续、有抖振等一系列问题，具有较强的鲁棒性，但是其主要针对的是车辆的横向控制；专利CN201610527920.8公开了一种基于学习法的智能汽车纵向神经滑模控制方法，但其控制输出为油门开度或制动压力，不适用于以加速度作为控制输出的架构；专利CN201510278571.6公开了一种基于快速滑模原理的无人车侧纵向耦合跟踪控制的方法，利用快速终端滑模原理，最终计算得出期望的节气门开度或制动力矩，但该方案最终扭矩的输出需要经过ESP来仲裁，最后再决定给到动力系统或制动系统，故不适用于实际智能驾驶系统的开发架构。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够使车辆在自动驾驶过程中能够保持安全跟车间距的控制方法。

技术方案：本发明的基于滑模控制的自动驾驶车辆间距自适应控制方法包括如下步骤：

(1)建立描述汽车纵向运动特性的动力学模型；

(2)确定滑模面方程和指数趋近率，

(3)根据步骤(1)-(3)所得的模型，求取控制律方程并对其进行光滑处理；

(4)加入表征前车动态运动的前馈项，初步获取加速度输出；

(5)建立模型参考自适应控制器，获取最终理想加速度输出。

步骤(1)中，动力学模型表示为：

其中R_act代表自车与前车的实际间距；R_des代表自车与前车的理想间距；T_Gap代表与前车保持的安全时距；V_lead代表前车车速；x₁代表实际车间距与理想车间距之差；x₂代表自车与前车的相对车速；u代表理想跟车加速度。

滑模面方程表示为：

s＝k₁x₁+k₂x₂+k₃∫x₁dt

所述指数趋近律表示为：

其中k1，k2，k3参数根据实际情况设定，ε是趋近速度，k为根据实际滑模面趋近情况设定的指数趋近项系数。

控制律方程表示为：