本發(fā)明涉及車輛運(yùn)動(dòng)控制，尤其是涉及一種針對越野工況的車輛軌跡跟蹤控制。

背景技術(shù)：

1、車輛軌跡跟蹤控制技術(shù)是確保自動(dòng)駕駛和智能交通系統(tǒng)安全運(yùn)行的核心。然而，在松軟路面上，由于路面的低摩擦系數(shù)和易形變特性，車輛軌跡跟蹤控制面臨前所未有的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)在松軟路面上的應(yīng)用存在諸多不足，包括車輛動(dòng)力學(xué)模型的適應(yīng)性不足、狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性不高以及控制策略在追求精度的同時(shí)可能忽視了能源消耗的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服這些缺陷，本發(fā)明提出了一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法。該方法通過建立一個(gè)考慮輪地接觸關(guān)系的特殊車輛動(dòng)力學(xué)模型，更加精確地獲取車輛所受的橫、縱向力。進(jìn)一步，將該模型離散化，得到適用于控制的狀態(tài)方程和預(yù)測方程?；谀Ｐ皖A(yù)測控制理論設(shè)計(jì)了控制策略，在設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)時(shí)充分考慮了軌跡跟蹤的精度與控制過程中的能量消耗，對車輛軌跡跟蹤控制進(jìn)行了多方面優(yōu)化。目前模型預(yù)測控制在車輛軌跡跟蹤控制中被廣為使用，就是通過建立精確的車輛模型準(zhǔn)確地預(yù)測車輛在未來的行為進(jìn)而做出當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)控制，從而實(shí)現(xiàn)車輛的高精度軌跡跟蹤。這種方式的主要問題在于高精度車輛模型的建立和非典型工況實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)方面：

2、1)高精度車輛模型：對于車輛而言，輪胎是車輛直接與地面相互作用的部分，因此準(zhǔn)確獲取輪胎的狀態(tài)是建立高精度車輛模型的必要條件，在車輛動(dòng)力學(xué)模型中，輪胎力尤為關(guān)鍵，直接影響牛頓第二定律等式，決定了模型能否正常工作。

3、2)非典型工況實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：非典型工況會(huì)存在額外的環(huán)境參數(shù)，例如松軟路面的存在會(huì)帶來土壤內(nèi)聚力、土壤內(nèi)摩擦角和車輪沉陷量等參數(shù)，由于某些參數(shù)極難測量或根本無法測量，導(dǎo)致實(shí)車實(shí)驗(yàn)難以開展，如何對所設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行檢驗(yàn)形成開發(fā)閉環(huán)是需要考慮與探索的問題。

4、本發(fā)明技術(shù)方案：

5、一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，包括以下的步驟：

6、步驟一：建立車輛動(dòng)力學(xué)模型；

7、步驟二：建立狀態(tài)方程及預(yù)測方程；

8、根據(jù)步驟一得到的考慮松軟路面影響的車輛動(dòng)力學(xué)方程，進(jìn)行狀態(tài)量和控制量的挑選，并將其離散化為適用于實(shí)時(shí)控制任務(wù)的形式；

9、步驟三：設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)；

10、根據(jù)步驟二得到的系統(tǒng)狀態(tài)量，控制量以及預(yù)測方程進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)；

11、步驟四：應(yīng)用在車輛軌跡跟蹤控制。

12、有益效果

13、地面是車輛在行駛過程中直接接觸的外部環(huán)境，而路面條件對車輛的操控性能有著決定性的影響。松軟路面，作為越野車輛常見的工況，因其易于變形的特性，常常導(dǎo)致輪胎在行駛過程中發(fā)生沉陷。這種沉陷不僅增加了輪胎受力的復(fù)雜性，還可能導(dǎo)致車輛行駛軌跡的偏離，進(jìn)而在越野環(huán)境中引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。

14、針對這一挑戰(zhàn)，本發(fā)明在車輛控制器的設(shè)計(jì)中巧妙地融入了對松軟路面易變形特性的考量。賦予了控制器對輪胎沉陷的敏銳感知能力，本發(fā)明能夠在輪胎下沉的情況下，精確地調(diào)整車輛前輪的轉(zhuǎn)角，使得車輛即使在惡劣的越野環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)精確的軌跡跟蹤，有效防止車輛偏離預(yù)定行駛路徑，從而提升行車的安全性。

15、本發(fā)明的這一創(chuàng)新點(diǎn)，不僅解決了越野車輛在松軟路面上行駛時(shí)的安全難題，還為車輛控制器的設(shè)計(jì)提供了一種全新的思路，展現(xiàn)了在復(fù)雜路面條件下，車輛操控性能的優(yōu)化潛力。

技術(shù)特征：

1.一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下的步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟一：建立車輛動(dòng)力學(xué)模型

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟二：建立狀態(tài)方程及預(yù)測方程，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，步驟三中，由于該目標(biāo)函數(shù)無法對每個(gè)采樣周期內(nèi)的控制增量進(jìn)行限制，無法避免被控系統(tǒng)控制量的突變現(xiàn)象，在函數(shù)中用控制增量取代控制量并加入松弛因子，得到最終的目標(biāo)函數(shù)形式：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，步驟四：應(yīng)用在車輛軌跡跟蹤控制；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種適用于松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法，包括：建立車輛動(dòng)力學(xué)模型；建立狀態(tài)方程及預(yù)測方程；設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)；搭建松軟路面仿真環(huán)境，根據(jù)松軟路面中特殊的輪地接觸情況，建立更加精確的車輛動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)模型預(yù)測控制理論，將車輛動(dòng)力學(xué)模型離散化處理，得到狀態(tài)方程及預(yù)測方程，考慮軌跡跟蹤精度和控制的能量消耗，設(shè)計(jì)合理的目標(biāo)函數(shù)，得到車輛軌跡跟蹤控制器。本發(fā)明提供的考慮松軟路面的車輛軌跡跟蹤控制方法充分考慮了松軟路面變形對車輛動(dòng)力學(xué)的影響，建立了適用于松軟路面的車輛動(dòng)力學(xué)模型，基于此，通過模型預(yù)測控制算法實(shí)現(xiàn)了松軟路面條件下更精確的車輛軌跡跟蹤。

技術(shù)研發(fā)人員：沈攀,張琳,陳虹,盧佳興,李斌,孟強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26