一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108622104A(43)申请公布日2018.10.09(21)申请号201810426894.9(22)申请日2018.05.07(71)申请人湖北汽车工业学院地址442002湖北省十堰市红卫教育口车城西路167号(72)发明人周海鹰陶冰冰周奎龚家元王思山毕栋兰建平彭强朱政泽张友兵(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人杨采良(51)Int.Cl.B60W40/10(2012.01)B60W40/114(2012.01)B62D15/02(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图3页(54)发明名称一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法(57)摘要本发明公开了一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法，包括如下步骤：根据参考轨迹确定出车身当前的位置点；搜索出距离车辆当前位置点最近的匹配点，依据两点求曲率法得到最近匹配点处的道路曲率；根据车辆当前位置点与最近匹配点计算得到轨迹跟踪偏差，包括横向偏差和头指向误差；建立基于前轮反馈侧偏力的动力学模型，采用LQR控制算法得到最优反馈控制率；确定出前轮侧偏力，基于逆轮胎模型得到前轮侧偏角，进而得到方向盘转角控制量，下发到线控转向系统中实现轨迹跟踪控制。该方法提高了无人驾驶车辆轨迹跟踪控制的稳定性，并提高了轨迹跟踪精度，约束了轮胎侧偏角，避免了车辆在极限工况下轮胎力饱和而出现车辆失稳的可能。CN108622104ACN108622104A权利要求书1/4页1.一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，根据GPS/INS系统采集一条高精度地图信息作为参考轨迹，当车辆在这条参考轨迹上循迹运动时依据车辆传感器确定出车身当前的位置点；步骤二，车辆在循迹运动的过程中，根据步骤一中采集的参考轨迹搜索出距离车辆当前位置点最近的匹配点，选取距离最近匹配点一定距离的前向点，依据两点求曲率法得到最近匹配点处的道路曲率；步骤三，由步骤一中确定的车辆当前位置点与步骤二中确定的最近匹配点计算得到轨迹跟踪偏差，包括横向偏差和头指向误差；找到车辆打击中心COP，计算出打击中心处的轨迹跟踪偏差；根据车辆动力学模型和循迹状态变量以及道路曲率计算得到COP处横向偏差加速度与轮胎侧偏力和道路曲率的关系，并将横向偏差加速度取零计算得到前轮前馈侧偏力，用于消除横向偏差加速度和道路曲率的影响，提高车辆的侧倾稳定性；步骤四，建立基于前轮反馈侧偏力的动力学模型，采用LQR控制算法得到最优反馈控制率，并结合步骤三获得的循迹状态变量构建全状态的线性反馈控制器，由此得到的反馈控制量即为前轮反馈侧偏力，用于消除外部环境干扰和模型不准确性所产生的循迹误差；步骤五，根据步骤三得到的前轮前馈侧偏力和步骤四得到的前轮反馈侧偏力确定出前轮侧偏力，再基于逆轮胎模型得到前轮侧偏角，最后根据前轮转角输入得到轨迹跟踪控制的方向盘转角控制量，下发到线控转向系统中实现轨迹跟踪控制。2.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤二中两点求曲率法计算道路曲率的具体步骤如下：提取出参考轨迹上最近匹配点以及选取距离最近匹配点一定距离的前向点，找出这两点的横向坐标和纵向坐标的差值，根据几何学关系求解出该最近匹配点处的曲率。3.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤三中所述打击中心COP是指：刚体在外力作用下做定点转动时，外力作用在刚体特殊位置，此时刚体达到动平衡，这时的转动支点，即使取消约束，刚体还是绕该点转动，这样的外力特殊作用位置，就是刚体的打击中心COP；把汽车看做一个刚体，汽车在运动时会受到前后轮侧偏力的作用，以打击中心COP建模可以消除所有与后轮作用力相关的影响因素，简化控制器结构的设计；步骤三中车辆打击中心COP需要满足：式中xla是汽车质心沿车身纵轴前向点距离，xcop是汽车质心至COP点的距离，Izz是转动惯量；由于Izz≈mab，于是就有xcop≈a，这里m为车辆的质量，a和b分别为前轴距和后轴距。4.根据权利要求3所述的一种用于无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤三中所述COP处的轨迹跟踪偏差以及横向偏差加速度的计算步骤如下：假设只有小的偏转角并忽略纵向力，轨迹跟踪偏差计算如下：Δψ＝ψ-ψrecop＝e+xpsinΔψ其中：ψ是汽车头指向，ψr是道路指向，Δψ是头指向误差，xp是前轴轴距，e是质心到最近匹配点的横向偏差，ecop为COP点处的横向偏差；对以上各式微分得到：2CN108622104A权利要求书2/4页建立的车辆动力学模型为：其中：ay与Uy分别为横向加速度和横向速度，Ux是纵向速度，Fyf与Fyr分别是前轮侧偏力和后轮