具有自動路徑跟蹤的無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向容錯控制設計

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具有自動路徑跟蹤的無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向容錯控制設計

提出了一種自適應容錯控制器參考模型，其可預測無人駕駛汽車的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器故障。利用自適應故障診斷觀測器進行故障檢測，其可以通過自動改變控制方法來彌補執(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嚴格的方波形路面。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能力，且總體方案簡單。

故障容錯需要解決的主要任務是設計一個具有合適結(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)向模型的基礎上設計了容錯控制器，轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和控制單元是本設計的重要組成部分。

圖1是自適應容錯控制器參考模型的框架圖，主要包括一個自適應觀測器、自適應故障軌跡控制器及車輛動力學系統(tǒng)。自適應容錯控制器的設計目標是在任何時候都能滿足兩點：①在正常工況下，閉環(huán)控制系統(tǒng)應是穩(wěn)定的，且輸出以零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤目標軌跡；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)誤差跟蹤目標軌跡。自適應觀測器是為了檢測執(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，以達到調(diào)整控制規(guī)則的目的。

在不同的駕駛工況下進行了仿真。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，本方案將進行實車試驗來驗證。

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

編譯：張為榮