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龙图腾网获悉吉林大学申请的专利基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121254637B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511810569.9，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法是由史文波;丁海涛;王俊龙;许男;张建伟设计研发完成，并于2025-12-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法在说明书摘要公布了：本发明涉及车辆智能驾驶控制领域，提供一种基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法；包括基于前后轮饱和特性的车辆稳定域切换包络方法、切换包络驱动的稳定性评价与权重自适应调节、基于切换包络约束和权重自适应调节的MPC轨迹跟踪控制器设计。本发明提出了兼顾前后轮饱和限制的动态安全约束和自适应权重分配，提高车辆轨迹跟踪精度和稳定性控制能力；设计了同时考虑前后轮饱和的轨迹跟踪切换包络，能够根据跟踪轨迹、车辆状态和执行器作动量动态更新车辆稳定边界；通过基于切换包络的车辆稳定性评价指标自适应调节多控制目标的权重因子，解决激烈转向操作下无人驾驶车辆的转向丢失和甩尾失稳问题。

本发明授权基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于切换包络的轨迹跟踪与稳定性协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一，在相平面分别构建由前、后轮饱和侧偏角决定的质心侧偏角稳定边界作为车辆状态切换包络，同时避免前轮饱和导致的转向丢失和后轮饱和导致的甩尾失稳；基于分别由前后轮饱和侧偏角决定的质心侧偏角稳定边界和横摆角速度稳定边界，推导临界转向角作为质心侧偏角稳定边界的切换准则，该包络随车速、路面附着系数和转向角动态切换；将稳定域从相平面映射至前、后轮侧偏角相平面，使稳定域在前后轮侧偏角空间分布均匀； 由横摆角速度稳定边界和由后轮饱和侧偏角决定的质心侧偏角稳定边界作为车辆状态稳定包络初步范围，关于车辆状态横摆角速度和质心侧偏角的包络线表示为： ； 其中，和分别表示最大和最小横摆角速度稳定边界，和分别表示由后轮饱和侧偏角决定的最大和最小质心侧偏角稳定边界，表示路面附着系数，表示重力加速度，表示车辆质心到后轮的距离，表示车辆的纵向速度，表示对应于最大侧向轮胎力的后轮饱和侧偏角； 随着转向角的增加，相平面中的稳定平衡运动应被限制在稳定性包络中；在稳定包络初步范围的基础上增加两个边界，由前轮轮胎在峰值轮胎力时的侧偏角决定，新增边界的方程如下： ； 其中，和分别表示由前轮饱和侧偏角决定的最大和最小质心侧偏角稳定边界，表示车辆质心到前轮的距离，是前轮的转向角，表示对应于最大侧向轮胎力的前轮饱和侧偏角； 在相平面车辆状态稳定边界图中，临界转向角由与相关的包络线的交点决定，使用以下公式获得与稳定性包络线相关的临界转向角： ； 其中，和分别表示临界转向角的最小值和最大值，，表示车辆轴距； 引入基于前轮饱和确定的动态稳定边界及其与后轮边界的切换机制： 最大和最小质心侧偏角稳定边界的确定均受前轮转角的影响：当前轮转角符号为正且小于临界转向角时，的交点所对应的质心侧偏角值小于交点对应的质心侧偏角值，此阶段最小质心侧偏角稳定边界由共同确定；当前轮转角等于临界转向角，三者在同一点相交；在前轮转角大于临界转向角时，则交点对应的质心侧偏角值反而大于交点对应的质心侧偏角值，此时最小质心侧偏角稳定边界由与确定；根据相反方向转向角输入下车辆响应的对称性，最大质心侧偏角稳定边界的确定与最小质心侧偏角稳定边界的确定方法相同； 车辆最大稳态质心侧偏角与最小稳态质心侧偏角的切换包络表达式为： ； 根据行驶环境和控制输入分别设计相平面车辆状态稳定边界的鞍点位置调节函数，横摆角速度稳定边界的表达式为： ； 其中，鞍点位置调节函数和的表达式为： ； 质心侧偏角稳定边界的表达式为： ； 其中，鞍点位置调节函数和的表达式为： ； 其中，分别表示鞍点位置调节函数参数； 构建相平面中鞍点位置和的表达方程分别为： ； 步骤二，切换包络映射到相平面后，在切换包络定义的动态稳定域基础上，实时计算车辆当前状态相对于动态稳定域的利用率，构建车辆稳定性评价指标；将作为权重调节依据，自适应调整纵向速度、横向位置、横摆角速度和质心侧偏角跟踪的控制权重，当远离稳定边界时，控制器增大对理想纵向速度、理想横向位置和理想横摆角速度的跟踪权重，减小对理想质心侧偏角的跟踪权重；当接近稳定边界时，减小对理想纵向速度、理想横向位置和理想横摆角速度的跟踪权重，增大对理想质心侧偏角的跟踪权重； 稳定分区表征了不同的车辆稳定性状态，作为切换动态安全要求的条件应用于控制系统中；结合基于车辆切换包络方法的稳定性评价指标，定量识别车辆状态的位置和稳定情况，通过动态调整目标函数的权重因子，车辆稳定状态与动态控制需求的关系描述如下：当车辆状态处于稳定区域R1时，，期望主要提高车辆的操纵性，因此车辆状态中纵向速度、横向位置和横摆角速度对理想值的跟踪是优先控制目标，增大纵向速度、横向位置和横摆角速度的跟踪权重；当车辆状态远离稳定区域，处于边界到边界时，，基于质心侧偏角的稳定性控制优先级随稳定性指数的增大而增大，纵向速度、横向位置和横摆角速度跟踪的优先级随稳定性指数的增大而降低；当稳定性指数超过过渡区时，，稳定性控制占主导地位，而在轨迹跟踪任务中优先考虑横向位置跟踪精度； 通过调整多控制目标的权重因子：纵向速度跟踪权重、横向位置跟踪权重和横摆角速度跟踪权重实现操纵性控制需求的动态调整；权重自适应调节函数的权重因子公示如下： ； 其中，分别表示纵向速度、横向位置和横摆角速度，为调整参数； 通过调整多控制目标的权重因子：质心侧偏角跟踪权重实现稳定性控制需求的动态调整；权重自适应调节函数的权重因子公示如下： ； 其中，表示质心侧偏角跟踪，为调整参数； 根据权重自适应调节函数的权重因子与调整参数的关系，调整参数通过关键点取值和共同确定；为了确定权重因子关键点和的最优取值，通过控制性能指标进行权重因子灵敏度分析，包括误差均方根值和最大误差，控制性能指标包括： 纵向速度跟踪： ； 路径跟踪1-横向位置跟踪： ； 路径跟踪2-偏航角跟踪： ； 横摆角速度跟踪： ； 质心侧偏角跟踪： ； 其中，和分别表示纵向速度跟踪的误差均方根值和最大误差，表示参考纵向速度；和分别表示横向位置跟踪的误差均方根值和最大误差，表示参考横向位置，由跟踪路径决定；和分别表示姿态角跟踪的误差均方根值和最大误差，和分别表示偏航角和参考偏航角，由跟踪路径决定；和分别表示横摆角速度跟踪的误差均方根值和最大误差，表示参考横摆角速度，通过车辆动力学模型稳态增益计算得出；和分别表示质心侧偏角跟踪的误差均方根值和最大误差；分别表示灵敏度分析试验的总采样点数、单一采样点和试验时长； 步骤三，依托模型预测控制算法的控制架构，设计包含切换包络约束和权重自适应调节的模型预测控制轨迹跟踪控制器，引入步骤一的切换包络定义的动态稳定域对横摆角速度和质心侧偏角施加车辆状态约束，定义包含纵向速度、横向位置、横摆角速度、质心侧偏角跟踪误差和执行器作动量的多目标二次型代价函数，并通过引入步骤二的权重自适应调节实现动态控制需求；通过迭代优化得到前轮转向角和纵向加速度控制量。

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