基于分布式驱动底盘的车辆碰后主动安全控制方法及系统-k66凯时

申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-05-28

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：cn113183953b

主分类号：b60w30/09

分类号：b60w30/09;b60w30/095;b60w40/107;b60w40/109;b60w50/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2021.08.17#实质审查的生效;2021.07.30#公开

摘要：本发明公开了一种基于分布式驱动底盘的车辆碰后主动安全控制方法及系统，包括基于多项式曲线法构建碰撞后车辆运动轨迹规划模型，并根据车辆碰后环境信息和车辆信息更新上述模型；采用人工势场法对更新后的碰撞后车辆运动轨迹规划模型进行处理，确定预定车辆运动轨迹；根据上述运动轨迹，更新时变状态转移矩阵，并用更新后转移矩阵替换lqr理论的定常状态转移矩阵，以更新时变lqr运动轨迹跟踪控制器；基于更新后跟踪控制器、结合椭圆公式和魔术公式的轮胎模型、预定车辆运动轨迹，优化基于分布式驱动底盘多执行器过驱动特性构建的函数，得到各轮的纵向力。本发明能够在车辆受到外部冲击后能主动有效的对车辆实行干预控制。

主权项：1.一种基于分布式驱动底盘的车辆碰后主动安全控制方法，其特征在于，包括：实时获取车辆碰撞后的前方道路信息、障碍物信息以及车辆状态信息；根据当前前方道路信息、当前障碍物信息以及当前车辆状态信息，更新碰撞后车辆运动轨迹规划模型；所述碰撞后车辆运动轨迹规划模型用于描述车辆在大地坐标系下的坐标以及车辆相对于大地坐标系的横摆角度；所述碰撞后车辆运动轨迹规划模型的构建方法包括：在碰撞检测模块判定发生车辆碰撞之后，由环境感知模块和状态估计模块采集前方道路信息、障碍物信息以及当前车辆状态信息，运动规划模块采用五次多项式对车辆的全状态进行描述，如下式所示： 其中，x,y为车辆在大地坐标系下的坐标，ψ为车辆相对于大地坐标系的横摆角度，ak,bk,ck为待优化的五次多项式参数，τ0和τ分别为规划过程的初始时间以及在规划时域中的某一时刻；采用人工势场法，对所述更新后的碰撞后车辆运动轨迹规划模型进行处理，确定预定车辆运动轨迹对应的当前期望速度、当前期望横摆角速度、当前期望加速度和当前横摆角加速度，具体包括：根据所述车辆状态信息，确定所述更新后的碰撞后车辆运动轨迹规划模型的已规划运动轨迹参数的数值，并将所述更新后的碰撞后车辆运动轨迹规划模型的待规划运动轨迹参数构成的目标向量；基于所述目标向量，确定第一势函数和第二势函数；所述第一势函数为描述车辆对障碍物规避的函数；所述第二势函数为描述车辆对道路边界规避的函数；确定综合函数；所述综合函数为采用加权方式对所述第一势函数和所述第二势函数进行综合后计算最大值的函数；基于所述目标向量，确定代价函数；所述代价函数为描述对车辆平均质心侧偏角进行惩罚的函数；确定目标函数；所述目标函数是通过采用加权方式对所述综合函数和所述代价函数进行处理后得到的；确定所述目标函数的线性约束和非线性约束；所述线性约束为车辆控制结束时车辆的侧向位移和航向角满足道路约束，横摆角速度和侧向车速为0的约束；所述非线性约束为车辆最大加速度满足路面附着约束，后轴侧向力不超出后轴附着极限的约束；根据所述线性约束和非线性约束，采用人工势场法，对所述目标函数进行处理，确定待规划运动轨迹参数的数值；根据所述已规划运动轨迹参数的数值和所述待规划运动轨迹参数的数值，更新所述碰撞后车辆运动轨迹规划模型；对更新后的碰撞后车辆运动轨迹规划模型进行求导处理，得到预定车辆运动轨迹对应的期望速度、期望横摆角速度、期望加速度和横摆角加速度；根据所述当前期望速度、所述当前期望加速度和所述当前横摆角加速度，更新时变状态转移矩阵，并用所述更新后的时变状态转移矩阵替换lqr理论的定常状态转移矩阵，以更新时变lqr运动轨迹跟踪控制器；所述时变lqr运动轨迹跟踪控制器的输出为横摆力矩；所述时变lqr运动轨迹跟踪控制器用于对车辆碰后运动状态的多目标进行协同追踪；所述时变lqr运动轨迹跟踪控制器的构建过程为：根据车辆动力学方程和运动学方程，构建非线性系统；对所述非线性系统进行局部线性化，得到线性状态空间表达式；通过采样时间对所述线性状态空间表达式进行离散化处理，得到离散状态空间表达式；将期望速度、期望加速度和横摆角加速度分别向车辆坐标系进行坐标变换，得到参考状态矩阵；所述参考状态矩阵包括合力和横摆力矩；将所述离散状态空间表达式与所述参考状态矩阵做差处理，得到车辆偏差动力学系统；其中，所述车辆偏差动力学系统包括时变状态转移矩阵；基于lqr理论和所述车辆偏差动力学系统，构成时变lqr运动轨迹跟踪控制器；基于所述更新后的时变lqr运动轨迹跟踪控制器、结合椭圆公式和魔术公式的轮胎模型、所述当前车辆状态信息、所述当前期望横摆角速度，计算目标代价函数的最小值；所述最小值为车辆各轮的纵向力；所述目标代价函数是基于分布式驱动底盘多执行器过驱动特性构建的函数。

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