[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

说明书

本发明公开了一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法与车辆，方法包括：S1、采集半挂牵引车的状态变量，输入改进的状态估计器进行估计，估计后输入MPC控制器；S2、先构建基于跟踪误差的半挂牵引车的侧向动力学模型；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；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、状态的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。本发明解决了半挂牵引车轨迹跟踪的偏差较大、对实时跟踪和车辆状态突变的跟踪能力不足的问题。

技术领域

本发明涉及轨迹跟踪控制技术领域，尤其涉及一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法与车辆。

背景技术

半挂牵引车因为装载量大、效率高、专用化等优点，故在公路运输工具中占据重要地位。但由于其自身重心较高且质量大并且挂车与牵引车相互耦合的特点，故在实现半挂牵引车智能辅助驾驶及稳定性方面难度较大，而车辆的轨迹跟踪控制是实现智能辅助驾驶的重要基础。现有的基于预瞄控制的轨迹跟踪控制算法没有考虑到车辆本身的因素影响，如传感器误差信号噪声干扰，还有车辆外部因素的影响如道路弯曲程度、地面附着条件、道路坡度等，在地面附着情况较差且速度较高的情况下，跟踪偏差较大；现有的基于传统模型预测控制的算法在量测噪声统计特性进行实时跟踪和对汽车状态突变的跟踪能力不足方面有明显缺陷，或者使用惯性导航仪等测量设备虽能提高状态量的精确性，但其成本过高，普及性差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法与车辆，解决半挂牵引车轨迹跟踪的偏差较大、对实时跟踪和车辆状态突变的跟踪能力不足的问题。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种智能半挂牵引车轨迹跟踪预测控制方法，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：