技术特征：
1.一种基于有限时域鲁棒增益调度的横向运动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、针对自动驾驶车辆，考虑纵向车速v
x
和预瞄距离d
l
作为时变参数、轮胎侧偏刚度作为不确定参数以及轨迹曲率k
l
和空气阻力f
w
作为外部扰动参数，构建横向二自由度动力学模型；步骤2、基于轨迹跟踪驾驶员预瞄模型，搭建车辆横向运动学模型，用于计算车辆预瞄点与期望轨迹之间的横向偏差y
l
和航向角偏差ε
l
；步骤3、以纵向车速v
x
、横摆角速度r、横向偏差y
l
以及航向角偏差ε
l
作为系统状态变量，前轮转角δ
f
作为系统控制输入，横摆角速度r、横向偏差y
l
以及航向角偏差ε
l
作为控制输出，同时考虑轨迹曲率k
l
和空气阻力f
w
的外部扰动构建状态空间方程，选定[v
x
,1/v
x
,d
l
]为多胞体变参数，将所述车辆横向动力学模型转换构建为多胞体不确定性lpv模型，以状态空间方程在控制过程中变参数的最大和最小边界工作点的排列组合作为多胞体顶点；步骤4、根据主动安全控制中避免发生侧滑、侧翻并且符合道路相关行车规范的需求，对多胞体顶点进行滚动更新；步骤5、基于有限时域鲁棒增益调度控制方法，根据实时更新的多胞体顶点，求解使所述多胞体lpv模型稳定的lmi不等式，得到最优方向盘转角；将所述最优方向盘转角的相应指令提供给转向执行机构，利用传感器实时采集的车辆位姿信息传递给控制器，对所述方法闭环动态更新。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中构建的横向二自由度动力学模型，具体为以下形式：形式：式中，v
x
、v
y
、r分别为车辆的纵向速度、横向速度和横摆角速度，m为整车质量，上标
·
表示相应参数的导数，i
z
为车辆旋转惯性质量，f
w
为空气阻力，l
w
为空气阻力作用点到车辆质心的距离，l
f
和l
r
分别为前轴、后轴到车辆质心的距离，f
yf
和f
yr
为前后轮侧向力，可分别由前后轮侧偏刚度c
f
、c
r
表示为：f
yf
＝c
f
α
f
,f
yr
＝c
r
α
r
式中，α
f
和α
r
分别为前后轮的侧偏角，可近似表示为：α
f
＝δ
f-l
f
r/v
x-v
y
/v
x
,α
r
＝l
r
r/v
x-v
y
/v
x
式中，δ
f
为前轮转角；综合上述公式，车辆横向二自由度动力学模型可以表示如下：综合上述公式，车辆横向二自由度动力学模型可以表示如下：式中，a
11
＝-(c
r
+c
f
)/mv
x
，a
12
＝-(l
r
c
r-l
f
c
f
)/mv
x-v
x
，a
21
＝(l
r
c
r-l
f
c
f
)/i
z
v
x
，b1＝c
f
/m，b2＝l
f
c
f
/i
z
。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2中车辆横向运动学模型搭建为以下形式：
式中，y
l
为车辆预瞄点与车辆参考轨迹之间的横向偏差，ε
l
为车辆预瞄点与车辆参考轨迹之间的航向角偏差，d
l
为预瞄距离，k
l
为参考轨迹在预瞄点处的曲率。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤3中状态空间方程构建为以下形式：y＝cx式中，x＝[v
y r y
l ε
l
]
t
为系统状态变量，u＝[δ
f
]为系统控制输入，w＝[k
l f
w
]
t
为外部扰动，y＝[r y
l ε
l
]
t
为控制输出；轮胎侧偏刚度的不确定性可表示为：式中，c
0f
＝(c
fmax
+c
fmin
)/2，c
0r
＝(c
rmax
+c
rmin
)/2，)/2，c
fmax
、c
rmax
分别为前后轮胎最大侧偏刚度，c
fmin
、c
rmin
分别为前后轮胎最小侧偏刚度，λ
f,r
为线性时变参数满足|λ
f,r
|≤1，为了减小计算量，假定λ
f
＝λ
r
，则车辆动力学模型重新表示为：a＝a0+δa,b＝b0+δb式中，a0、b0分别为矩阵a和b的标称矩阵，δa、δb分别为矩阵a和b的时变矩阵；系统时变参数的边界值为：系统时变参数的边界值为：系统时变参数的边界值为：时变参数对可以通过顶点坐标的总和来描述：其中，和可表示为：可表示为：
则车辆横向动力学模型表示为如下多胞体lpv模型：式中，a
i
、b
i
和e
i
为在每个顶点处的系统矩阵，δa
i
和δb
i
为扰动矩阵，可表示为δa
i
＝γλh
1i
,δb＝γλh2其中，5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤4中对多胞体顶点进行滚动更新包括基于以下约束求解纵向车速的合理范围：v
max
＝min(v
slip
,v
over
,v
limit
)f
t
＝0.5ρc
d
av
x2
+mg(fcosα+sinα)v
min
＝0.7v
max
式中，v
max
、v
min
分别为纵向车速的最大值和最小值，v
limit
为道路限速，v
slip
为车辆防侧滑约束，v
over
为车辆防侧翻约束；μ为路面摩擦系数，α为路面坡度，l为轴距，k
slip
为小于1的防侧滑系数，f
t
为车辆行驶阻力，ρ为空气密度，c
d
为空气阻力系数，a为迎风面积，f为道路滚
动阻力系数，h为车辆质心高度，b
ave
为平均轮距，k
over
为小于1的防侧翻系数；当前时刻的预瞄距离根据安全车速、道路曲率与预瞄距离三维map图插值获得。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤5中具体利用matlab的lmi工具箱中的feasp求解器解算以下不等式：q＞0γ
h
＞0其中，a'(θ
i
)、b'(θ
i
)、c'(θ
i
)、e'(θ
i
)为不同顶点处的系统矩阵，l
i
为1
×
4的任意矩阵，γ
h
为系统性能指标，i为单位矩阵；当且仅当存在n维对称正定矩阵z
i
(i＝1,
…
,n)和任意矩阵q满足以上公式所述多胞体lpv模型是稳定的；其中，k'(θ
i
)q＝l
i
，*为对称矩阵的对称元素。车辆真实状态下控制系统的控制增益可表示为：其中，时变参数υ在顶点θ
i
的多面体υ内变化，即υ∈υ:＝co{θ1,θ2,...,θ
r
}；根据前面求得的k'(υ)求解控制系统的控制率u＝k'(υ)x；最佳的方向盘转角指令传递给truckmaker仿真软件中的转向执行机构，控制车辆执行转向操作，传感器将实时采集到的车辆位置姿态信息传递给控制器，实时更新多胞体顶点解算最优控制率，从而构成闭环控制系统。
技术总结
一种基于有限时域鲁棒增益调度的横向运动控制方法，通过建立带有8个多胞体顶点的LPV模型，相比传统的4顶点和16顶点方法，能够在保证模型精度的同时大幅减小模型计算量，为控制器的计算效率提供了保障。该方法可根据每个滚动有限时域内合理的纵向车速和预瞄距离范围，实时更新得到8个新的多胞体顶点，然后利用线性矩阵不等式的方法求解基于8个新的多胞体顶点的最大最小化优化问题。为进一步减小在线计算量，可以离线求解线性矩阵不等式，获取有限时域内控制增益的数据集，再通过在线综合方法确定最终的实时鲁棒最优控制率。确定最终的实时鲁棒最优控制率。确定最终的实时鲁棒最优控制率。
技术研发人员：何洪文 石曼 韩陌 李建威
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/1/14