[发明专利]一种应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法

权利要求书

1.一种应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据受控车辆的动力学模型，建立该受控车辆的路径跟踪模型为：

式(1)中，是在环境坐标系中的车辆航向角，v_y是在车辆坐标系中受控车辆质心的横向速度，v_x是在车辆坐标系中受控车辆质心的纵向速度；环境坐标系是由卫星导航系统设立的基于环境某点为原点的坐标系，车辆坐标系由车辆配备的惯性导航设备设立的由车辆质心为原点的坐标系；

ω_r是受控车辆的横摆角速度；

ω(t)是扰动变量；δ_f为受控车辆的前轮转角；b＝L_fC_f/I_z，L_f是受控车辆前轴到质心的距离，C_f是受控车辆前轮的等效侧偏刚度，I_z为受控车辆的横摆转动惯量；

L_r为受控车辆后轴到质心的距离，C_r是受控车辆后轮的等效侧偏刚度，β＝arctan(v_y/v_x)是受控车辆质心侧偏角；

并定义在环境坐标系中受控车辆的期望航向角:

式(2)中，Y_e为受控车辆与期望路径的侧向位移偏差，Y_e＝Y-Y_ref，Y_ref是期望路径的纵轴坐标，是期望路径的切线角度；c₀和c₁为设计参数，同时满足π＞c₀＞0，c₁＞0；整理得到如下控制系统：

式中，y是系统输出量；u为系统输入量，u＝δ_f表示以受控车辆的前轮转角作为系统输入量；以f函数为系统的总扰动；

2)引入如下速率函数:

其中0＜ε＜＜1是设计误差参数；0＜T＜∞是用户指定的一个给定时间；ρ₀为设计者给定的该函数的初始值，0＜ρ₀；

3)误差转换，定义误差函数:

式(5)中下标i＝1,2，v＝1/ρ，由虚拟控制器通过可变时间常数的一阶滤波器进行设计，l是时间常数；

4)设计控制器，虚拟控制器表达式为

式(6)中k₁为设定常数，其他变量表达式如下：

式中，是速率函数ρ的导数；

控制器u表达式为：

式中k₂为设定常数，s＝|x₁|+|x₂|，其他变量表达式如下：

5)用设计的控制器u去控制车辆实现路径跟踪。