[发明专利]一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法及系统，方法包括：S100、基于车辆线性二自由度动力学模型，建立车辆偏差状态方程；S200、基于车辆线性二自由度动力学模型和参考轨迹，建立跟踪偏差模型；S300、基于车辆偏差状态方程和LQR横向控制算法，求解得到控制系数K值；S400、基于跟踪偏差模型和控制系数K值，计算得到前轮转角前馈控制量；S500、基于PID反馈控制算法，以及车辆当前状态与参考轨迹之间的实际误差量，计算得到前轮转角反馈控制量；S600、基于前轮转角前馈控制量与前轮转角反馈控制量，计算得到前轮转角控制量。本发明利用PID反馈控制提高了LQR前馈控制在非线性区域的控制精度，满足车辆对横向控制的超高实时性的需求。

技术领域

本发明涉及车辆线性二自由度动力学模型循迹控制技术领域，具体涉及一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法及系统。

背景技术

现有的车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法，LQR（linear quadraticregulator，线性二次型调节器）运用较为广泛，被广泛运用于车辆循迹的横向控制中，对线性轨迹的跟踪有着良好的精度，但由于实际运用中存在对非线性轨迹区域的线性近似处理，LQR在非线性区域的循迹控制精度无法达到理想的控制精度。现有的改进方法多采用通过最优算法对LQR参数实时调节，但这种方式加大了对车载控制器的算力要求，对于一些算力较低的MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），此种方式是不能满足工程需求的。

目前，现有L4级自动驾驶车辆采用LQR进行车辆的横向控制，首先基于自行车模型建立车辆的运动学模型，求解状态方程；再计算此时车辆的横向偏差与航向偏差；最后对偏差与控制量赋予不同的权重，建立代价函数，求解最优控制量，既方向盘转角。但是却具有如下缺点：

（1）在计算横向偏差时无法避免将非线性跟踪区域近似为线性区域处理，这导致在非线性区域的控制精度无法达到目标要求；

（2）未选择预瞄点，高速时车辆控制输出频率增大，稳定性降低。

针对上述技术问题，本发明提出了一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法，既可以改善车辆线性二自由度动力学模型在非线性区的循迹控制效果，又能做到对控制器算力几乎无要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法及系统，能够提高在非线性区域的控制精度和高速时的车辆稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种车辆线性二自由度动力学模型循迹控制方法，包括：

S100、基于车辆线性二自由度动力学模型，建立车辆偏差状态方程；

S200、基于所述车辆线性二自由度动力学模型和参考轨迹，建立跟踪偏差模型；

S300、基于所述车辆偏差状态方程和LQR横向控制算法，求解得到控制系数K值；

S400、基于所述跟踪偏差模型和所述控制系数K值，计算得到前轮转角前馈控制量；

S500、基于PID反馈控制算法，以及车辆当前状态与所述参考轨迹之间的实际误差量，计算得到前轮转角反馈控制量；

S600、基于所述前轮转角前馈控制量与所述前轮转角反馈控制量，计算得到前轮转角控制量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，如上所述的方法，在LQR横向控制算法中加入车辆位置预测模型，所述车辆位置预测模型中的预瞄距离L基于固定长度L1和可变长度L2确定，其中，L1=Rlength，L2=V*t，Rlength为质心到后轴的距离，t为预瞄时间，V为车辆速度；

当V小于第一预设速度时，预瞄距离L=L1，当V大于所述第一预设速度时，预瞄距离L=L1+L2。