[发明专利]一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法与车辆

权利要求书

1.一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法，其特征在于，包括以下方法：

S1、监测并采集半挂牵引车的状态变量，将所述状态变量输入改进的状态估计器进行估计，估计后输入MPC控制器；

S2、MPC控制器中，先构建基于跟踪误差的半挂牵引车的侧向动力学模型；

S2.1、构建半挂牵引车的侧向运动偏差模型：

其中，u₁＝δ，u₂＝δ_ref，e_d表示距离偏差，即车辆后轴中心与其在道路中心线上的投影点之间的距离；表示航向偏差，即车辆后轴中心线与大地坐标系X轴的夹角与道路中心线切向与大地坐标系X轴的夹角的差值；δ表示牵引车前轮转角；δ_ref表示由参考路径获取的前馈控制量；V_x1表示牵引车纵向车速；L₁表示牵引车轴距；

S2.2、分别构建轮胎的线性化模型、半挂牵引车的侧向动力学方程、牵引车的横摆动力学方程、挂车的横摆动力学方程、牵引车与挂车的耦合关系，再结合所述半挂牵引车的侧向运动偏差模型，构建半挂牵引车的侧向动力学线性偏差方程，转换成的状态空间模型即基于跟踪误差的半挂牵引车的侧向动力学模型；

所述半挂牵引车的侧向动力学线性偏差方程：

其中u₁为控制变量，u₂为附加输入量；

M矩阵为：

N矩阵为：

n₃₄＝-C_ytL₂

P矩阵为：

Q矩阵为：

所述状态空间模型：

A＝M^-1N，B＝M^-1P，E＝M^-1Q，

其中，为轮胎的侧偏刚度，α表示轮胎侧偏角，F_y为轮胎侧向力；F_yf为牵引车前轮侧向力，F_yr为牵引车后轴侧向力，F_yt为挂车后轴侧向力，C_yf为牵引车前轮侧偏刚度，C_yr为牵引车后轮侧偏刚度，C_yt为挂车后轮侧偏刚度，V_y1为牵引车横向车速，V_x1为牵引车纵向车速，为牵引车的横摆角，为挂车的横摆角，λ为铰接角，a₁为牵引车前轴至其质心距离，a₂为牵引点至挂车质心距离，b₁为牵引车后轴至其质心距离，c₁为牵引点至牵引车质心距离，L₁为牵引车轴距，L₂为挂车后轮到牵引点距离；m₁为牵引车质量，m₂为挂车质量，F_py为牵引点处牵引力侧向力分量，I_Z1为牵引车的转动惯量，I_Z2为挂车的转动惯量，V_y2为挂车横向车速，V_x2为挂车纵向车速；

S3、对所述基于跟踪误差的半挂牵引车的侧向动力学模型离散化，得到半挂牵引车的预测模型，得到未来P个时刻的预测状态X(k)和未来P个时刻的预测输出Y(k)；

S4、根据所述预测模型构建半挂牵引车的目标函数，并结合控制与输出的约束条件得到带约束的二次规划问题，再结合状态约束条件得到最优求解；

S5、将所述最优求解作为下一时刻的控制变量，作用于半挂牵引车，返回步骤S1，下一时刻等同于下一轮中步骤S1中的当前时刻。

2.根据权利要求1所述的智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法，其特征在于，步骤S1中所述状态变量包括：半挂牵引车辆的前轮转角δ，纵向加速度，侧向加速度，横摆角速度，牵引车的各车轮转速信号和路面附着系数信号。

3.根据权利要求2所述的智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法，其特征在于，所述纵向加速度，侧向加速度，横摆角速度，牵引车的各车轮转速信号通过加速度传感器采集。