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具有自動(dòng)路徑跟蹤的無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)

提出了一種自適應(yīng)容錯(cuò)控制器參考模型，其可預(yù)測(cè)無人駕駛汽車的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器故障。利用自適應(yīng)故障診斷觀測(cè)器進(jìn)行故障檢測(cè)，其可以通過自動(dòng)改變控制方法來彌補(bǔ)執(zhí)行器的故障損失，使無人駕駛汽車在轉(zhuǎn)向執(zhí)行器出現(xiàn)不同故障的情況下跟隨一個(gè)嚴(yán)格的方波形路面。該控制器最主要的特征是在故障情況下具有良好的跟蹤性能和快速反應(yīng)能力，且總體方案簡(jiǎn)單。

故障容錯(cuò)需要解決的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)具有合適結(jié)構(gòu)的控制器來保證車輛的穩(wěn)定性并滿足性能要求，這不僅包括所有部件正常運(yùn)行的情況，而且包括傳感器、執(zhí)行器和其它部件出現(xiàn)故障的情況。線控轉(zhuǎn)向取消了轉(zhuǎn)向盤與輪胎之間的機(jī)械連接，而是被電控執(zhí)行器和電控力感反饋裝置所取代。在建立線控轉(zhuǎn)向模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了容錯(cuò)控制器，轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和控制單元是本設(shè)計(jì)的重要組成部分。

圖1是自適應(yīng)容錯(cuò)控制器參考模型的框架圖，主要包括一個(gè)自適應(yīng)觀測(cè)器、自適應(yīng)故障軌跡控制器及車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。自適應(yīng)容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在任何時(shí)候都能滿足兩點(diǎn)：①在正常工況下，閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)是穩(wěn)定的，且輸出以零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤目標(biāo)軌跡；②如果轉(zhuǎn)向執(zhí)行器出現(xiàn)故障，閉環(huán)控制系統(tǒng)需保持其穩(wěn)定性且輸出以零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤目標(biāo)軌跡。自適應(yīng)觀測(cè)器是為了檢測(cè)執(zhí)行器故障，狀態(tài)變量可以通過估算的方式得到，并反饋給控制器，以達(dá)到調(diào)整控制規(guī)則的目的。

在不同的駕駛工況下進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，本文提出的控制方法具有迅速跟隨軌跡和保持車輛穩(wěn)定性的能力，其性能在可接受的范圍內(nèi)。在不久的將來，本方案將進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)來驗(yàn)證。

Afef Fekih et al.2013 American Control Conference (ACC),Washington, DC, USA, June 17-19, 2013.

編譯：張為榮