具有自动路径跟踪的无人驾驶车辆转向容错控制设计



具有自动路径跟踪的无人驾驶车辆转向容错控制设计

提出了一种自适应容错控制器参考模型，其可预测无人驾驶汽车的转向执行器故障。利用自适应故障诊断观测器进行故障检测，其可以通过自动改变控制方法来弥补执行器的故障损失，使无人驾驶汽车在转向执行器出现不同故障的情况下跟随一个严格的方波形路面。该控制器最主要的特征是在故障情况下具有良好的跟踪性能和快速反应能力，且总体方案简单。

故障容错需要解决的主要任务是设计一个具有合适结构的控制器来保证车辆的稳定性并满足性能要求，这不仅包括所有部件正常运行的情况，而且包括传感器、执行器和其它部件出现故障的情况。线控转向取消了转向盘与轮胎之间的机械连接，而是被电控执行器和电控力感反馈装置所取代。在建立线控转向模型的基础上设计了容错控制器，转向执行器和控制单元是本设计的重要组成部分。

图1是自适应容错控制器参考模型的框架图，主要包括一个自适应观测器、自适应故障轨迹控制器及车辆动力学系统。自适应容错控制器的设计目标是在任何时候都能满足两点：①在正常工况下，闭环控制系统应是稳定的，且输出以零稳态误差跟踪目标轨迹；②如果转向执行器出现故障，闭环控制系统需保持其稳定性且输出以零稳态误差跟踪目标轨迹。自适应观测器是为了检测执行器故障，状态变量可以通过估算的方式得到，并反馈给控制器，以达到调整控制规则的目的。

在不同的驾驶工况下进行了仿真。仿真结果表明，本文提出的控制方法具有迅速跟随轨迹和保持车辆稳定性的能力，其性能在可接受的范围内。在不久的将来，本方案将进行实车试验来验证。

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

编译：张为荣