[发明专利]四轮独立驱动电动汽车分布式模型预测路径跟踪控制方法

权利要求书

1.一种四轮独立驱动电动汽车分布式模型预测路径跟踪控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一、参考轨迹模型的建立

首先从GPS中线中直接读取理想的正东方向E和正北方向N的坐标，作为理想的车辆参考轨迹，并依此计算出理想的航向角为了便于轨迹误差的计算，将直角坐标转化为行驶路程s和路径曲率K表示的形式；同时根据路面附着条件μ和当前纵向加速度a_x计算理想的侧向加速度a_y；基于稳态转向的假设，计算车辆的目标车速V_x；

步骤二、路径跟踪误差模型设计

首先从GPS和惯导IMU中获取纵向速度v_x、侧向速度v_y以及横摆角速度信号γ，分别建立纵向横向运动模型作为车辆本体动力学模型；其中控制输入分别为前轮转角δ，直接横摆力矩M_z以及总牵引力F_xall；为了实现对理想路径的跟踪，选择方向角误差横向误差e_y表示当前车辆与参考轨迹的偏差；结合参考轨迹建立了车辆的跟踪误差模型，以此作为控制器设计的参考模型；

步骤三、路径跟踪控制器的设计

首先对模型进行线性化以及离散化，使其满足控制器设计要求；其次为了降低计算的复杂度，采用分布式模型预测控制算法，将路径跟踪控制器差分为转向控制器和驱动/制动控制器分别设计；转向控制器和驱动/制动控制器的跟踪目标分别为横向跟踪误差和车速跟踪误差；分别设计了两个独立的目标函数对转向和驱动/制动控制器的最优控制序列分别进行求解；对于目标函数中的未知控制序列，采用上一迭代时刻的相邻控制器最优序列进行替代，实现了两个控制器的独立求解；求解出的最优前轮转角δ经CAN总线发送给线控转向控制器执行；最优直接横摆力矩M_z和最优总牵引力F_xall经过转矩分配算法传递至轮毂电机控制器执行。

2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动电动汽车分布式模型预测路径跟踪控制方法，其特征在于，参考轨迹模型的建立包含以下部分：

(Ⅰ)建立理想路径模型；

规定正东方向E和正北方向N为坐标轴建立直角坐标系，理想轨迹的确定通常需要三个参数，即纵横向的坐标以及航向角，可以通过向量表示其中纵横向坐标E和N可以直接从GPS中获取；航向角一般指向轨迹的切线方向，可以通过公式(1)计算；

为了便于车辆与轨迹横向误差的计算，通过行驶路程s和路径曲率K的两个参数表示轨迹曲线，s和K的值可以通过坐标转换公式(2)计算；

(Ⅱ)目标车速设计：

考虑路面附着条件的限制，车辆的纵向加速度a_x以及侧向加速度a_y必须满足公式(3)所示的不等式约束，其中μ为路面附着系数，通过路面附着估计模块获取；g为重力加速度；

为了保留足够的安全裕度，理想的侧向加速度a_y可以通过公式(4)计算，其中纵向加速度a_x可以从惯性测量单元IMU中直接获取；

基于稳态转向的假设，车辆的目标车速可以通过路径的曲率K和理想侧向加速度a_y计算，如公式(5)所示：