具有自動路徑跟蹤的無人駕駛車輛轉向容錯控制設計

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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向執行器故障。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行器的故障損失，使無人駕駛汽車在轉向執行器出現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構的控制器來保證車輛的穩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、執行器和其它部件出現故障的情況。線控轉向取消了轉向盤與輪胎之間的機械連接，而是被電控執行器和電控力感反饋裝置所取代。在建立線控轉向模型的基礎上設計了容錯控制器，轉向執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。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，閉環控制系統應是穩定的，且輸出以零穩態誤差跟蹤目標軌跡；②如果轉向執行器出現故障，閉環控制系統需保持其穩定性且輸出以零穩態誤差跟蹤目標軌跡。自適應觀測器是為了檢測執行器故障，狀態變量可以通過估算的方式得到，并反饋給控制器，以達到調整控制規則的目的。

在不同的駕駛工況下進行了仿真。仿真結果表明，本文提出的控制方法具有迅速跟隨軌跡和保持車輛穩定性的能力，其性能在可接受的范圍內。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