一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法技术

一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法，属于汽车主动安全与辅助驾驶领域。通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态及周围环境信息，并基于当前获取的当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹；基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型；设计电动汽车辅助换道的期望状态模糊滑模调节控制方法，求出辅助换道轨迹跟踪控制所需的期望力和期望力矩；设计电动汽车的轮胎力控制分配方法，根据期望总纵向外力、期望总横向外力、期望横摆力矩，动态规划出各电动汽车车轮的横向力和纵向力；设计轮胎侧偏角和滑移率转换器，将期望轮胎横纵向力转化为可控的侧偏角和滑移率，设计执行控制器，实现对轮胎侧偏角和滑移率的执行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车主动安全与辅助驾驶领域，特别是涉及一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法。
技术介绍
车辆辅助换道轨迹跟踪控制方法是目前智能车辆技术研究的热点和难点之一，其主要任务是通过设计的控制方法对动态规划的辅助换道轨迹进行实时精确跟踪控制。主要包括横向控制和纵向控制，辅助换道轨迹跟踪控制的实现可有效提高车辆行驶的舒适性和安全性，解决智能交通的道路堵塞、交通事故等问题，具有较强的社会价值和研究意义。电动汽车为多输入多输出变量的非线性系统，系统具有高度非线性动态特性以及参数的不确定性等特点，车辆行驶过程中的横向与纵向运动之间存在较强的耦合关系。文献1(EnacheNicoletaMinoiu,etc.DriverSteeringAssistanceforLane-DepartureAvoidanceBasedonHybridAutomataandCompositeLyapunovFunction[J].IEEETransactiononIntelligentTransportationSystems,2010,11(1)：28-39.)报道了基于线性矩阵不等式和多面体不变集的车辆辅助车道保持的横向运动控制方法。文献2(ChristianRathgeber,etc.LateralTrajectoryTrackingControlforAutonomousVehicles[C].EuropeanControlConference,2014：1024-1029.)构建了干扰观测器，并采用参数空间法设计了车辆横向轨迹跟踪控制策略。文献3(HakgoKimetc,)建立了具有集总参数特征的车辆纵向线性模型，考虑到集总参数的时变性，提出了车辆参数时变自适应速度控制方法。然而，目前的换道轨迹跟踪控制大多局限于解耦设计，将横向控制和纵向控制设计为两个独立的互不联系的控制难以保证换道轨迹跟踪的实时性和稳定性，降低电动汽车行驶的安全性。车联网环境下，车-路通信(VehicletoInfrastructure,V2I)系统、车-车通信(VehicletoVehicle,V2V)局域网系统可实时提供车辆的运动状态信息及和周围行驶环境信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有技术的上述难点问题，提供可实时利用车联网提供的信息，有效克服电动汽车动力学系统的参数不确定性和非线性等特性，合理利用电动汽车内部子系统相互作用进行电动汽车辅助换道轨迹跟踪的纵横向综合控制，实现安全、节能、舒适的智能行驶性能，实现换道轨迹跟踪的纵横向综合控制的一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法。本专利技术包括以下步骤：1)通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态信息及周围环境信息，并基于当前获取的当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹；2)基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型；3)设计电动汽车辅助换道的期望状态模糊滑模调节控制方法，求出辅助换道轨迹跟踪控制所需的期望力和期望力矩；4)设计电动汽车的轮胎力控制分配方法，根据期望总纵向外力Fx、期望总横向外力Fy、期望横摆力矩Mz，动态规划出各电动汽车车轮的横向力和纵向力，解决轮胎执行机构的冗余问题，实现轮胎力的最优分配；5)设计轮胎侧偏角和滑移率转换器，将由步骤4)求出的期望轮胎横纵向力转化为可控的侧偏角和滑移率，设计执行控制器，实现对轮胎侧偏角和滑移率的执行控制。在步骤1)中，所述通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态信息及周围环境信息，并基于当前获取的当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹的具体方法可为：(1)车联网系统的车载传感信息采集器实时获取本车行驶运动状态信息，包括本车行驶速度信息、横摆角速度、车轮滑移率和侧偏角等信息；(2)车联网系统的无线通信信息采集器，包括车-路通信系统、车-车通信系统，实时获取本车周围环境信息，包括周边车辆车况信息、前方道路地面附着系数等信息；(3)在车联网系统的云端设置判断单元和规划单元，判断单元通过车联网系统信息采集器获取的本车信息和周围环境信息判断当前时刻是否可以执行辅助换道与超车，若可以，则启动规划单元，开始换道与超车轨迹的动态规划。在步骤2)中，所述基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型的具体方法可为：(1)建立世界坐标系下电动汽车当前位姿和期望位姿误差微分变化率的计算模型；(2)采用拉格朗日方法，推导出描述电动汽车横向、纵向和横摆运动的整车三自由度动力学模型。在步骤3)中，所述设计电动汽车辅助换道的期望状态模糊滑模调节控制方法，求出辅助换道轨迹跟踪控制所需的期望力和期望力矩的具体方法可为：(1)设计用于实现电动汽车辅助换道轨迹跟踪控制的期望行驶状态调节的滑模切换面；(2)采用模糊滑模控制方法，求出用于调节位姿偏差的模糊滑模控制律，确保电动汽车当前实际位姿和期望位姿的偏差快速收敛到零；(3)利用模糊逻辑逼近趋近控制律，用于解决电动汽车系统的外界干扰和参数不确定性；(4)联合等效控制律和趋近控制律，实时求出调节期望状态所需的电动汽车期望总纵向外力Fx、期望总横向外力Fy、期望横摆力矩Mz，分析电动汽车辅助换道期望状态调节模块的稳定性。在步骤4)中，所述设计电动汽车的轮胎力控制分配方法，根据期望总纵向外力Fx、期望总横向外力Fy、期望横摆力矩Mz，动态规划出各电动汽车车轮的横向力和纵向力，解决轮胎执行机构的冗余问题，实现轮胎力的最优分配的具体方法可为：(1)建立电动汽车总纵向外力Fx、总横向外力Fy、总横摆力矩Mz和各轮胎的横向力Fxi、纵向力Fyi之间的映射关系；(2)以控制输入量消耗能量最小和控制分配误差最少为目标，建立求解各车轮轮胎力的动态规划模型；(3)采用最优化方法求解上一步的动态规划问题，使电动汽车在各车轮轮胎力作用下所受的合力逼近期望总力和期望横摆力矩。在步骤5)中，所述设计轮胎侧偏角和滑移率转换器，将由步骤4求出的期望轮胎横纵向力转化为可控的侧偏角和滑移率，设计执行控制器，实现对轮胎侧偏角和滑移率的执行控制的具体方法可为：(1)通过Carsim实验数据采集，建立基于魔术轮胎模型的查表式MAP图，由步骤4推导出的期望轮胎横纵向力转化为轮胎侧偏角和滑移率；(2)设计轮胎侧偏角和滑移率的执行控制器，实现对轮胎执行机构的控制。本专利技术的系统组成包括信息获取模块、期望状态调节模块、控制分配模块、转换器模块和执行器模块。首先通过车联网系统采集本车及周围环境信息，判断当前时刻是否本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：1)通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态信息及周围环境信息，并基于当前获取的当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹；2)基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型；3)设计电动汽车辅助换道的期望状态模糊滑模调节控制方法，求出辅助换道轨迹跟踪控制所需的期望力和期望力矩；4)设计电动汽车的轮胎力控制分配方法，根据期望总纵向外力Fx、期望总横向外力Fy、期望横摆力矩Mz，动态规划出各电动汽车车轮的横向力和纵向力，解决轮胎执行机构的冗余问题，实现轮胎力的最优分配；5)设计轮胎侧偏角和滑移率转换器，将由步骤4)求出的期望轮胎横纵向力转化为可控的侧偏角和滑移率，设计执行控制器，实现对轮胎侧偏角和滑移率的执行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：
1)通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态信息及周围环境信息，并基于当前获取的
当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹；
2)基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型；
3)设计电动汽车辅助换道的期望状态模糊滑模调节控制方法，求出辅助换道轨迹跟踪控
制所需的期望力和期望力矩；
4)设计电动汽车的轮胎力控制分配方法，根据期望总纵向外力Fx、期望总横向外力Fy、
期望横摆力矩Mz，动态规划出各电动汽车车轮的横向力和纵向力，解决轮胎执行机构的冗余
问题，实现轮胎力的最优分配；
5)设计轮胎侧偏角和滑移率转换器，将由步骤4)求出的期望轮胎横纵向力转化为可控
的侧偏角和滑移率，设计执行控制器，实现对轮胎侧偏角和滑移率的执行控制。
2.如权利要求1所述一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法，其特征在于
在步骤1)中，所述通过车联网系统实时采集本车行驶运动状态信息及周围环境信息，并基
于当前获取的当前信息实时动态规划换道与超车的轨迹的具体方法为：
(1)车联网系统的车载传感信息采集器实时获取本车行驶运动状态信息，包括本车行驶
速度信息、横摆角速度、车轮滑移率和侧偏角等信息；
(2)车联网系统的无线通信信息采集器，包括车-路通信系统、车-车通信系统，实时获
取本车周围环境信息，包括周边车辆车况信息、前方道路地面附着系数等信息；
(3)在车联网系统的云端设置判断单元和规划单元，判断单元通过车联网系统信息采集
器获取的本车信息和周围环境信息判断当前时刻是否可以执行辅助换道与超车，若可以，则
启动规划单元，开始换道与超车轨迹的动态规划。
3.如权利要求1所述一种基于车联网的电动汽车辅助换道轨迹的跟踪方法，其特征在于
在步骤2)中，所述基于车联网系统采集的信息，建立换道与超车轨迹跟踪控制模型的具体
方法为：
(1)建立世界坐标系下电动汽车当前位姿和期望位姿误差微分变化率的计算模型；
(2)采用拉格朗日方法，推导出描述电动汽车横向、纵向和横摆运动的整车三自由度动
力学模型。
4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭景华，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35