[发明专利]基于快速终端滑模原理的无人车侧纵向耦合跟踪控制方法

摘要

本发明提供了一种基于快速终端滑模原理的无人车侧纵向耦合跟踪控制方法，包括1)选择无人车侧纵向耦合跟踪控制器的输入参数和输出参数；2)定义跟踪控制误差及其状态方程；3)用跟踪控制误差作为状态变量，建立快速终端滑模；4)采用快速终端趋近率作为跟踪控制的滑模趋近率；5)根据车辆动力学模型及上述内容推导得出期望的驱动力或制动力和期望的侧向力之间的耦合关系；6)计算得出期望前轮转角；7)根据求得的逆纵向力模型输出的正负，判断当前应计算期望的节气门开度还是期望的制动力矩；8)计算期望的节气门开度或制动力矩。从仿真结果中可以看到，本发明不但提升了位置跟踪控制的误差精度，也具有很好的速度跟踪控制的误差精度。

主权项

基于快速终端滑模原理的无人车侧纵向耦合跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选择无人车侧纵向耦合跟踪控制器的输入参数和输出参数；步骤二：定义跟踪控制误差及其状态方程：ε1＝X‑Xd+Y‑Ydϵ·1=X·-X·d+Y·-Y·d]]>其中分别为被控车辆二维平面上的位置坐标及速度矢量偏航角，分别为轨迹规划算法所规划轨迹上规划点处车辆的位置坐标及速度矢量偏航角；步骤三：用跟踪控制误差ε1、ε2作为状态变量，建立一阶非线性切换函数即设计快速终端滑模面S1和S2：S1=ϵ·1+pα1ϵ1+pβ1ϵ1pq1/pp1]]>S2=ϵ·2+pα2ϵ2+pβ2ϵ2pq2/pp2]]>其中pα1>0，pβ1>0，pα2>0和pβ2>0是滑模面一阶项和指数项系数，仿真时取值为pα1＝pα2＝pβ1＝pβ2＝2；pq1，pp1，pq2，pp2均为奇数，是幂指数参数，且满足pq1<pp1<2pq1，pq2<pp2<2pq2，仿真时取值为pq1＝pq2＝5，pp1＝pp2＝7；步骤四：采用快速终端趋近率式作为跟踪控制器的滑模趋近率：S·1=-fα1β1-fβ1S1fq1/fp1]]>S·2=-fα2S2-fβ2S2fq2/fp2]]>其中fα1>0，fβ1>0，fα2>0和fβ2>0是快速终端趋近率一阶项和指数项系数，仿真时取值为fα1＝fα2＝80，fβ1＝fβ2＝2；fq1，fp1，fq2，fp2均为奇数，是幂指数参数，且满足fq1<fp1<2fq1，fq2<fp2<2fq2，仿真时取值为fq1＝fq2＝5，fp1＝fp2＝7；步骤五：根据车辆动力学模型及上述步骤1到步骤4内容推导得出期望的驱动力或制动力Ftrbrd和期望的侧向力Fld之间的耦合关系：Ftrbrd=-(q3f1+q4f2-(X··d+Y··d)+pα1ϵ·1+(pβ1pq1/pp1)ϵ1(pq1-pp1)/pp1ϵ·1+fα1S1+fβ1S1fq1/fp1)/q1q3+Fld(q3δf-q4)/q3]]>其中，Frr为后轮地面摩擦力，q3＝cos(ψ+β)+sin(ψ+β)，q4＝cos(ψ+β)‑sin(ψ+β)，δf为前轮转角,Rl是后轮胎作用在底盘上的侧向力；Ff是作用在前轴上的纵向力，由动力总成和制动系统产生；lf和lr是车辆的前轴和后轴到质心的距离；l是车辆前后轴之间的距离lf+lr；μ是常规路面粘滞系数,m为车辆的质量，Iψ为车辆的转动惯量；步骤六：计算获得期望前轮转角：δfd=Fld/Cf+(β+lfrυ)]]>其中Cf为前轮胎的侧偏刚度，lf车辆的前轴到质心的距离；υ为车辆的线速度；β为车辆的质心侧偏角；r为车辆的角速度，ψ为车辆的航向角，步骤七：针对车辆纵向力模型求取以期望驱动力或期望制动力Ftrbrd为输入的逆纵向力模型；如果Ftrbrd的计算结果为正，则为期望的驱动力Ftrd，然后计算期望的节气门开度αthb；反之，如果Ftrbrd的计算结果为负，则为期望的制动力Fbrd，然后计算期望的制动力矩Pbrd；步骤八：期望的节气门开度αthb的计算方法为：不考虑轮胎及传动系的弹性变形，根据车辆纵向力模型、期望的发动机扭矩Ted和当前的发动机转速ωe，利用逆发动机模型可以求得期望的节气门开度αthb：αthb＝fieng(Ted,ωe)其中fieng(Ted,ωe)表示逆发动机扭矩特性函数；或者，期望的制动力矩Pbrd的计算公式为：Pbrd＝Fbrd/Kbr，Kbr为期望的制动力和制动力矩之间线性关系的比例系数。