[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

说明书

本发明公开了一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置。该方法包括：S1：采集赛车的输出信号；S2：判断横向位置坐标差值是否大于预设位置偏差，是则进行S3，否则进行S4；S3：通过模型预测控制器输出期望前轮转角一，进行S7；S4：判断车辆航向角是否小于预设航向角，是则进行S6，否则进行S5；S5：判断纵向车速是否大于预设车速，是则进行S3，否则进行S6；S6：通过纯跟踪控制器输出期望前轮转角二，进行S7；S7：通过期望前轮转角一或期望前轮转角二对赛车进行横向控制。本发明完全符合方程式赛车的轨迹跟踪要求，实现高精度的轨迹跟踪横向控制，增强实时性，针对性较强、控制能力较好、占用车辆处理器性能较低。

技术领域

本发明涉及赛车轨迹跟踪技术领域的一种横向控制方法，尤其涉及一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，还涉及应用该方法的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制装置。

背景技术

中国大学生无人驾驶方程式大赛是由中国汽车工程学会主办，由各高校汽车相关专业的在校大学生组队参加的汽车设计与制造比赛，根据比赛规则要求，无人驾驶方程式赛车应分为有人驾驶模式和无人驾驶模式。当赛车以无人驾驶模式在规定的赛道上行驶时，需要采用轨迹跟踪算法控制车辆的车速和前轮转角，实现车辆纵横向的轨迹跟踪控制。目前已有横向轨迹跟踪技术中，模型预测控制(MPC)的轨迹跟踪精度较高，但是由于该算法需要滚动优化，故实际计算量较大且实际使用时的实时性较差。其余横向算法如纯跟踪算法，该算法基于车辆运动学模型，在低速时的跟踪控制效果较好，但在高速以及弯道时的跟踪控制能力较差，容易产生较大误差甚至产生振荡。

发明内容

为解决现有的赛车轨迹跟踪算法的准确性和实时性较低的技术问题，本发明提供一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，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；

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。