考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法

本发明属于智能驾驶，尤其涉及考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法。

背景技术：

1、随着交通问题的日益严重，自主驾驶技术由于其提高交通通行能力、增强车辆安全性和减少驾驶员工作量的优势而越来越受到业界和学术界的关注。通过线控技术控制的分布式车辆比传统的分布式车辆具有更广泛的可控性和灵活性，并能有效地提高低速机动性和高速机动性。分布式汽车具有前后桥转向和四轮独立驱动/制动(4ws4wid) ，在短时间内有望批量生产，目前已有4ws4wid 底盘配置原型车。将分布式车辆的优势与自主驾驶技术相结合，为自主驾驶提供一个更加理想的平台，是一个亟待解决的问题。

2、目前分布式车辆的运动控制策略可分为解耦运动控制和耦合运动控制。解耦运动控制方法在纵向和横向运动控制中不考虑运动学和轮胎力的耦合。它只是简单地限制弯道下的速度，以防止车辆失稳，这使得它往往是保守的，不能充分利用底盘的性能。为此我们提出考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、提出整车控制约束量；

5、步骤s2、建立预测模型；

6、步骤s3、建立代价函数；

7、步骤s4、建立控制器的多约束条件；

8、步骤s5、基于约束条件，根据代价函数进行滚动优化，求解出全局力/力矩。

9、进一步的，所述步骤s1中，整车控制约束量的计算公式如下：

10、

11、式中，为整车约束量；是平衡全局力和力矩的恒定权重，为0.62；统称为全局力/力矩；为道路摩擦系数； m为整车质量； g为重力加速度。

12、进一步的，所述步骤s2包括以下具体步骤：

13、步骤s21、基于考虑车辆姿态的三自由度动力学模型，并考虑全局力/力矩的约束，将得到的微分方程转换为状态空间方程如下：

14、

15、式中，为车辆重心与参考点之间位置偏差；为车辆的航向与参考点的航向之间的偏差；为车辆纵向速度；为车辆横向速度；为车辆横摆角速度；为干扰项矩阵； c c为状态矩阵； d u为输入矩阵；表示全局力/力矩约束的线性化误差补偿；

16、步骤s22、采用mpc控制器将最后一刻输出的预测状态和控制序列作为自适应线性参考点；

17、步骤s23、对预测模型进行变步长离散；变步长法的初始离散步长与控制周期一致，使控制增量直接应用于计算下一个时刻的控制输入。

18、进一步的，所述步骤s3的具体操作为：以整个预测时域内的全局力/矩增量、车辆位姿与参考位姿之间误差、车辆横向误差、车辆速度与设定速度之间误差为代价，构建代价函数；

19、代价函数的计算公式如下：

20、

21、式中，为代价函数； n p为预测时域的长度；表示在时间k处将来第j步输出的参考输出值；表示在时间k处将来第步输出值； q为输出权重矩阵； r为输入权重矩阵；表示步的输入值； t代表对矩阵进行转置运算。

22、进一步的，所述步骤s4中，控制器的约束条件包括执行器约束条件、动态约束条件和控制性能约束条件。

23、进一步的，所述控制性能约束条件如下：

24、

25、

26、式中，表示在时间k处将来第1步输出的输出值；为车辆重心与参考点之间距离限值，为式中相应下标矩阵；为式中相应下标矩阵； n p为预测时域的长度。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、该考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法能够保证在传统车辆稳定域外的分布式车辆的稳定性，充分发挥底盘的性能。

技术特征：

1.考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，整车控制约束量的计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下具体步骤：

4.根据权利要求1所述的考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s3的具体操作为：以整个预测时域内的全局力/矩增量、车辆位姿与参考位姿之间误差、车辆横向误差、车辆速度与设定速度之间误差为代价，构建代价函数；

5.根据权利要求1所述的考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，控制器的多约束条件包括执行器约束条件、动态约束条件和控制性能约束条件。

6.根据权利要求5所述的考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，其特征在于，所述控制性能约束条件如下：

技术总结本发明适用于智能驾驶技术领域，提供了考虑操纵极限下车辆姿态的分布式车辆模型预测控制方法，包括以下步骤：提出整车控制约束量，保证全局力/力矩可行性；基于考虑车辆姿态的三自由度动力学模型，建立变步长自适应线性参考点的预测模型；综合考虑路径跟踪误差、车辆姿态误差等建立代价函数；建立控制器的多约束条件。根据本发明中控制器计算出的全局力和力矩，通过二次规划方法求解出四轮纵向力和侧向力，通过轮胎参数在线更新模块计算出前后轴转角以及四轮驱动力。该方法能够保证在传统车辆稳定域外的分布式车辆的稳定性，充分发挥底盘的性能。技术研发人员：陈国迎,董佳豪,姚军,毕晨晓受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23