CN108482238A - 一种基于astsm的自适应前照灯转角误差补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，属于汽车前照灯技术领域。本发明涉及的基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，包括以下步骤：1)提出一种自适应超螺旋滑模(Adaptive Super Twisting Sliding Mode，ASTSM)算法，设计自适应前照灯转角误差补偿控制器；2)设计步骤1)中控制增益的自适应律3)对所设计的控制器进行稳定性分析，并给出稳定性条件。本发明所采用的控制算法以符号函数积分值作为输出，可有效抑制控制系统抖振，快速补偿前照灯水平、垂直转角误差。

Description

一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法

技术领域

本发明属于汽车前照灯技术领域，具体涉及一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法。

背景技术

随着经济的发展，全球汽车保有量逐年上升，行驶环境也愈发复杂多变，相应的交通事故也逐年增加，其中与照明相关的事故量颇为可观。前照灯作为汽车主动安全的重要组成部分，其工作性能直接影响驾驶员及其他道路使用者的人身安全。自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting System，AFS)可自动调平以减少眩光，有效提高自车和他车的照明行驶安全。

中国专利201610363141.9提供了一种汽车前照灯智能控制装置及控制前照灯的方法，该装置能够根据车速、路况、行车环境等信息自动变换灯光模式、改变照射角度、调整灯光亮度，从而提供良好舒适的驾驶照明条件。但该方法并没有给出具体的灯光角度控制方法。中国专利201710096515.X提供了一种车辆的前照灯倾角调节方法、装置及系统，该方法使得当路况、负载变化等动态因素引起车身发生俯仰从而导致前照灯倾角发生变化时，能够对前照灯的倾角进行动态实时调节，但其没有给出保证其实时鲁棒性的方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于ASTSM(Adaptive Super TwistingSliding Mode，ASTSM)的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，有效抑制控制器抖振，显著提高转角误差补偿精度及控制稳定性，有效减小前照灯自适应转角误差。

本发明提供一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，包括以下步骤：

S1，为保证前照灯实际转角与目标转角绝对误差在5°内，基于ASTSM算法设计前照灯转角补偿控制器；

S2，设计所述步骤S1中ASTSM控制增益的自适应律；

S3，构造Lyapunov函数，对所设计控制器进行稳定性分析。

进一步，所述S1的具体过程为：

定义滑模变量：

s＝δ-δ_i

其中：δ为前照灯目标转角，δ_i前照灯实际转角。

控制输出：

更进一步，设计所述S2控制器ASTSM控制增益的自适应律，如下：

式中：E(s)＝e^k|s|，k、ω、θ、υ、λ及α_t均为正常数。

进一步，所述S3的具体过程为：

构造Lyapunov函数：

其中：

V₀＝ζ^TPζ

分析得出稳定性条件为：

式中：ε、α^*、D均为正常数。

本发明的有益效果：

本发明采用自适应超螺旋滑模算法进行前照灯转角误差补偿控制器设计，控制器输出的是符号函数的积分值，可有效的抑制传统滑模控制算法中的抖振。同时通过对超螺旋滑模控制增益进行自适应设计，进一步提高控制精度和系统抖振。综上，本发明可显著提高转角误差补偿精度及控制稳定性，有效减小前照灯自适应转角误差。

附图说明

图1是控制系统示意图；

图2是基于ASTSM的汽车自适应前照灯转角补偿控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

控制系统架构如图1所示，控制系统实施控制的流程如图2所示。

本发明提出的基于ASTSM的汽车自适应前照灯转角补偿控制方法，包括步骤：

S1，为保证前照灯实际转角与目标转角绝对误差在5°内，基于ASTSM算法设计前照灯转角补偿控制器；

S2，设计所述步骤S1中ASTSM控制增益的自适应律；

S3，构造Lyapunov函数，对所设计控制器进行稳定性分析。

进一步，所述S1的具体过程为：

定义滑模变量：

s＝δ-δ_i (1)

其中：δ为前照灯目标转角，δ_i前照灯实际转角。

分别对滑模变量求一阶导数及二阶导数，并把式(1)代入，得：

其中：

滑模变量的一阶导数及二阶导数可表示为：

控制输出：

式中：α为超螺旋滑模控制增益。

S2，设计控制器ASTSM控制增益的自适应律,具体如下：

式中：E(s)＝e^k|s|，k、ω、θ、υ、λ及α_t均为正常数。

进一步，所述S3的具体过程为：

S3.1，构造Lyapunov函数：

其中：

V₀(s)＝ζ^TPζ (24)

式中：ε、α^*均为正常数。

S3.2，首先，证明V₀(s)在有限时间内收敛：

由所述S3.1可知，矩阵P为正定矩阵，即有：V₀(s)≥0。

对ζ求导可得：

其中：

对V₀(s)求导：

矩阵Q为正定矩阵，

当满足式子(30)时，即V₀(s)收敛。

S3.3，再证明V(s,α)在有限时间内收敛：

由所述S3.1和S3.2可知，V(s,α)≥0。

对V(s,α)求导并进行变形，如下：

利用不等式(a²+b²)^1/2≤|a|+|b|，得：

式中：

采用自适应律的控制增益α是有界的，这是因为，当e^k|s|＞υ，0≤t≤t_c时，有：

式中：υ为常数，t_c为有限收敛时间，故控制增益α是有界的；而当e^ks＜υ时，增益α递减，直到e^k|s|＞υ重新满足。

由以上有界性分析可知，必存在一正数α^*，使得α-α^*＜0恒成立，因此有：

故系统目标函数可在有限时间内收敛到零点附近。

综上，当满足：

所设计的控制器是稳定的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，基于STSM算法设计前照灯转角补偿控制器；

S2，设计所述步骤S1中基于STSM算法设计的前照灯转角补偿控制器的控制增益的自适应律；

S3，构造Lyapunov函数，对所设计控制器进行稳定性分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的前照灯转角补偿控制器能够控制前照灯实际转角与目标转角的绝对误差在5°内。

3.根据权利要求1所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现包括：

S1^.1：定义滑模变量s：

s＝δ-δ_i

其中：δ为前照灯目标转角，δ_i前照灯实际转角；

S1.2：分别对滑模变量s求一阶导数及二阶导数，得到：

其中，

S1.3：将步骤S1.2中的式子表示为：

其中u为控制输出，其表达式如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S2中前照灯转角补偿控制器的控制增益的自适应律设计为：

式中：E(s)＝e^k|s|，k、ω、θ、υ、λ及α_t均为正常数。

5.根据权利要求3所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S3中构造Lyapunov函数表达式为：

其中：

V₀(s)＝ζ^TPζ

式中：ε、α^*均为正常数。

6.根据权利要求5所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S3中对所设计控制器进行稳定性分析的方法包括：证明V₀(s)在有限时间内收敛的方法以及证明V(s,α)在有限时间内收敛的方法。

7.根据权利要求6所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述证明V₀(s)在有限时间内收敛的方法包括如下：

对ζ求导可得：

其中：

对V₀(s)求导：

其中：矩阵Q为正定矩阵，

当满足：

即V₀(s)在有限时间内收敛。

8.根据权利要求7所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所述证明V(s,α)在有限时间内收敛的方法包括如下：

对V(s,α)求导得到：

利用不等式(a²+b²)^1/2≤|a|+|b|原理，得：

式中：

所采用自适应律的控制增益α为有界的：

当e^k|s|＞υ，0≤t≤t_c时，有：

式中：υ为常数，t_c为有限收敛时间，故控制增益α是有界的；

当e^k|s|＜υ时，增益α递减，直到e^k|s|＞υ重新满足，使得控制增益α是有界的；

由以上有界性分析可知，必存在一正数α^*，使得α-α^*＜0恒成立，因此有：

故系统目标函数V(s,α)在有限时间内收敛到零点附近。

9.根据权利要求8所述的一种基于ASTSM的自适应前照灯转角误差补偿控制方法，其特征在于，所设计控制器的稳定性条件为：