[发明专利]一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置

权利要求书

1.一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：采集赛车的输出信号，进行S2；所述输出信号包括所述赛车的纵向车速、横向车速、航向角、横摆角速度、实际大地坐标系下横向位置坐标、实际大地坐标系下纵向位置坐标、赛车左前轮的滑移率、赛车右前轮的滑移率；

S2：判断所述实际大地坐标系下横向位置坐标与一个期望大地坐标系下横向位置坐标的差值是否大于一个预设位置偏差，是则进行S3，否则进行S4；

S3：通过一个模型预测控制器输出一个期望前轮转角一，进行S7；

S4：判断所述航向角信号中车辆航向角是否小于一个预设航向角，是则进行S6，否则进行S5；

S5：判断所述纵向车速是否大于一个预设车速，是则进行S3，否则进行S6；

S6：通过一个纯跟踪控制器输出一个期望前轮转角二，进行S7；其中，所述期望前轮转角二的计算公式为：

式中，δ_f(t)为所述期望前轮转角二在时间t的转角值，L为汽车轴距，为所述航向角在时间t的角度，L_d为预瞄距离；

S7：通过所述期望前轮转角一或所述期望前轮转角二对所述赛车进行横向控制；

其中，所述纯跟踪控制器根据所述航向角、所述赛车的预瞄距离和汽车轴距，在一个车辆运动学模型中获取所述期望前轮转角二；所述模型预测控制器根据所述纵向车速、所述横向车速、所述航向角、所述横摆角速度、所述实际大地坐标系下横向位置坐标、所述实际大地坐标系下纵向位置坐标、所述赛车左前轮的滑移率、所述赛车右前轮的滑移率，在一个车辆动力学模型中获取所述期望前轮转角一；

其中，无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法还建立所述赛车的三自由度车辆动力学非线性模型，且所述三自由度车辆动力学非线性模型为：

式中，a为所述赛车的汽车质心到前轴距离，b为所述汽车质心到后轴距离，m为所述赛车的汽车质量，为所述航向角，I_z为所述赛车绕z轴的转动惯量，为所述横摆角速度，为横摆角加速度，δ_f为前轮转角，C_ef为前轮侧偏刚度，C_er为后轮侧偏刚度，C_lf为前轮纵向刚度，C_lr为后轮纵向刚度，s_f为所述赛车前轮的滑移率，s_r为所述赛车后轮的滑移率，为所述纵向速度，为所述横向速度，为所述赛车的汽车质心处纵向加速度，为所述赛车的汽车质心处横向加速度。

2.如权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，通过一个策略切换控制器对所述赛车的三种控制策略进行切换，三种控制策略依照优先级自高而低的顺序分别为：

策略一：采集所述赛车在实际大地坐标系下横向位置坐标信号，当所述实际大地坐标系下横向位置坐标与所述期望大地坐标系下横向位置坐标的差值大于所述预设位置偏差时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为0，输出至所述模型预测控制器的切换值为1；

策略二：采集所述赛车的航向角信号，当所述车辆航向角小于所述预设航向角时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为1，输出至所述模型预测控制器的切换值为0；以及

策略三：采集所述赛车的纵向车速信号，当所述纵向车速大于所述预设车速时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为0，输出至所述模型预测控制器的切换值为1；

其中，在所述赛车启动时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为1，输出至所述模型预测控制器的切换值为0；所述纯跟踪控制器在接收到切换值为1时，输出所述期望前轮转角二，在接收到切换值为0时，不输出所述期望前轮转角二；所述模型预测控制器在接收到切换值为1时，输出所述期望前轮转角一，在接收到切换值为0时，不输出所述期望前轮转角一。

3.如权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，所述模型预测控制器中的状态量为控制量为u＝δ_f；对所述三自由度车辆动力学非线性模型进行线性化，获得线性时变方程为：

式中，A、B为系数矩阵。