一种自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及智能驾驶技术领域，特别涉及受控车辆的路径跟踪控制方法。

背景技术

路径跟踪控制的目的就是让无人驾驶车辆跟踪由规划算法得到的轨迹。其主要任务是根据车辆的运动学和动力学约束输出相应的控制参数，如前轮偏角、车轮制动力等。因此路径跟踪控制器在智能驾驶技术领域有着关键作用，其控制性能直接关系到被控车辆的安全性和稳定性。然而，因为自动驾驶汽车的控制器参数易受工作状态搭乘人员或货物不同的影响，车辆的参数不确定性和外部干扰很大程度上影响了车辆性能，从而传统控制方法，如PID控制方法等，需要频繁调参以保证控制器的适用性，从而增加了研发人员的工作量和控制器设计难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法，以解决车辆在参数不确定和受到外部干扰情况下，控制车辆快速准确地跟踪期望路径，确保自动驾驶车辆可靠跟踪规划路径的技术问题。

本发明自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法包括以下步骤：

1)根据受控自动驾驶车辆的动力学模型，建立受控自动驾驶车辆的路径跟踪模型为：

其中，

定义受控车辆在环境坐标系中的期望横摆角

式中，Y

式中，

2)引入如下广义嵌套指数函数作为跟踪速率函数:

v

其中，d

3)引入速率函数到控制设计中，进行如下误差状态转换，定义误差函数:

式中，

4)设计控制器，控制器u表达式为

式中,θ，k和k

z＝w

式中，L

5)用设计的控制器u去控制车辆实现路径跟踪。

本发明的有益效果：本自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法，其通过满足特定条件的时变速率函数v

附图说明

图1是受控车辆在环境坐标系和车身坐标系中的示意图。

图2是采用传统PID控制方法和本发明控制方法控制车辆，横摆角变化的对比图。

图3是采用传统PID控制方法和本发明控制方法控制车辆，横摆角跟踪误差变化的对比图。

图4是采用传统PID控制方法和本发明控制方法控制车辆，车辆实际轨与期望轨迹的对比图。

图5是采用传统PID控制方法和本发明控制方法控制车辆，车辆侧向位移误差变化对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法包括以下步骤：

自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法，包括以下步骤：

1)根据受控自动驾驶车辆的动力学模型，建立受控自动驾驶车辆的路径跟踪模型为：

其中，

定义受控车辆在环境坐标系中的期望横摆角

式中，Y

式中，

2)引入如下广义嵌套指数函数作为跟踪速率函数:

v

其中，d

3)引入速率函数到控制设计中，进行如下误差状态转换，定义误差函数:

式中，

4)设计控制器，控制器u表达式为

式中,θ，k和k

z＝w

式中，L

5)用设计的控制器u去控制车辆实现路径跟踪。

用本实施例中提出的方法与传统PID控制方法在曲线路径情况下对自动驾驶汽车进行仿真路径跟踪控制，仿真结果如图2-图5所示。图2为两种控制方法的横摆角