[发明专利]一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法

权利要求书

1.一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将车辆后轴中心点作为控制点，再根据车辆与路径规划系统生成的期望路径之间相对几何关系，同时考虑横向位移误差反馈、航向角误差反馈和曲率前馈，设计横向控制系统的非线性前馈-反馈函数，从而实现路径跟踪的横向误差逐渐收敛至零，以及航向角误差收敛至零，从而实现车辆期望状态和位置的准确跟踪；

(2)根据路径规划系统生成的期望加速度和期望速度，纵向控制系统设计基于条件积分的纵向速度跟踪方法，考虑积分运算饱和/未饱和的控制算法切换，实现泊车速度的精确控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(101)根据当前所述车辆的位姿与所述期望路径的相对几何关系，进行车辆运动学模型分析；

(102)基于车辆运动学模型分析和规划路径信息，设计前轮转角非线性前馈-反馈控制算法。

3.根据权利要求2所述的一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法其特征在于，所述的步骤(101)中，根据所述车辆的位置、姿态与所述期望路径的相对几何关系，分别得到车辆方向盘转角控制变量，包含横向位移误差和航向角误差；

在所述相对几何关系中，首先在车辆正前方固定距离的位置设定预瞄点，并将所述期望路径上与所述预瞄点距离最近的点设为路径跟踪的目标点；在不考虑横向跟踪误差的情况下，所述车辆的前轮转角方向与所述目标点的切线方向始终保持一致；所述车辆的惯导系统可实时得到所述车辆的航向角，与所述目标点的预先规划的目标航向角计算求出航向角误差；

根据车辆当前位置，计算所述预瞄点与所述目标点的横向位移误差；所述横向位移误差为所述控制点与所述目标点的切线的距离，而所述目标点的切线是通过与所述目标点前后两个点拟合得到；在不考虑航向角误差的影响下，计算出由于横向位移误差；将所述目标点预设的曲率设置为目标曲率，计算由于曲率带来的前馈控制转角。

4.根据权利要求2所述的一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，其特征在于，所述的步骤(102)中，基于车辆运动学模型分析设计前轮转角前馈-反馈控制算法：同时考虑所述车辆与所述期望路径的所述横向位移误差、所述航向角误差和所述目标曲率，前轮转角计算公式可概括为：

δ＝k₁·e₁+k₂·e₂+k₃·e₃ (1)

其中，e₁为横向位移误差；e₂为航向角误差；e₃为目标曲率；k₁为横向位移增益系数；k₂为航向角增益系数；k₃为曲率增益系数；增益系数的大小决定收敛速度，协调增益系数使车辆快速跟踪至目标轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(201)基于滑移率公式和利普西茨条件，得到以轮速为自变量的利普西茨条件，进一步完成车轮动力学模型分析；

(202)基于所述车轮动力学模型分析结果以及车轮纵向非线性特性，结合车辆不同控制模式下的接口，完成纵向控制律的设计，输出纵向控制模式以及对应的控制量。

6.根据权利要求5所述的一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，其特征在于，在所述的步骤(201)中，根据所述车轮动力学模型，计算驱动轴的车轮动力学方程：

其中，J_Ri为绕第i车轴的车轮转动惯量之和；ω_Ri为第i车轴上车轮的轮速；T_Ri为第i车轴上的驱制动力矩；i＝f为前轴，i＝r为后轴；R为车轮有效半径；F_X为在单个轮胎在轮胎印迹上的轮胎纵向力，利用基于魔术公式的轮胎纵向力表达式进行计算：

F_X(λ)＝(Dsin(Carctan(BX₁-E(BX₁-arctan(BX₁)))))-S_V (3)

其中，X₁表示计算回正力矩的自变量：X₁＝(α+S_h)，α为轮胎侧偏角；C表示曲线形状因子；D为峰值因子，表示曲线的最大值，由轮胎的载荷决定；B表示刚度因子：F为回正力矩零点处的扭转刚度，则B＝F/(C×D)，由轮胎的侧倾角和载荷决定；E为曲率因子，表示曲线最大值附近的形状，由轮胎的侧倾角和载荷决定；S_V表示曲线的垂直方向漂移；S_h表示曲线的水平方向漂移；X₁是车轮的滑移率；

根据魔术公式以及车辆所用轮胎型号计算轮胎纵向动力学特性，对轮胎纵向力函数在不稳定区域的利普西茨条件进行分析，得到不同垂向载荷下的利普西茨常数随轮速的变化关系，从而完成车轮动力学模型分析。