作者 | 郭旭東、楊世春

來源 | 智能汽車開發(fā)者平臺

1 引言

車輛智能化是汽車行業(yè)新的發(fā)展方向，其中自動駕駛是為了實現(xiàn)高度智能化的交通系統(tǒng)。對于自動駕駛車輛，為了增加其主動安全性，越來越多的車輛采用四輪轉向系統(tǒng)，所以在轉向時對規(guī)劃路徑進行精確跟蹤與四輪的協(xié)同控制是自動駕駛領域亟待解決的新的問題。

對于有四輪轉向(4WS)功能的自動駕駛特種車輛和高級乘用車，傳統(tǒng)的控制方法如預瞄-跟蹤模型、前饋反饋控制等只是基于系統(tǒng)運動學模型，很少建立精確的車輛動力學模型，也沒有考慮車輛在高速工況下的動力學非線性約束條件。即使有些控制方法考慮了車輛模型，但大多是基于輪胎小角度假設建立的，當高速工況下輪胎側偏角較大輪胎進入非線性區(qū)域時這種控制方法就會喪失穩(wěn)定性，難以實現(xiàn)精確的路徑跟蹤效果。

基于以上自動駕駛4WS車輛的控制難題，本文將基于車輛動力學模型設計線性時變模型預測算法,利用其滾動優(yōu)化和反饋校正的特性，來減小路徑跟蹤過程中的誤差。另外，基于實際的輪胎側偏特性，構造了權系數(shù)線性最優(yōu)二次型算法對后輪轉角進行控制，從而滿足4WS自動駕駛車輛 的高速下路徑跟蹤過程中的平順性和操縱穩(wěn)定性需求，對模型預測算法和最優(yōu)控制理論應用在自動駕駛運動規(guī)劃領域 提供重要的使用價值和理論研究意義。

2 車輛側向動力學建模

汽車四輪轉向系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要取決于側傾和橫擺兩個方向的運動。本文研究目標是車輛快速穩(wěn)定地進行路徑跟蹤，屬于車輛操縱穩(wěn)定性問題，因此在建模時不考慮車輛的側傾運動，建立車輛模型如圖1所示。

圖1 車輛單軌模型

在圖1中，坐標系。秒Z為車輛坐標系，坐標系OXY為大地坐標系。假設車輛模型為單軌模型，即只考慮車輛橫向、縱向和橫擺運動，經(jīng)過受力分析，四輪轉向模型如下：