[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

说明书

本发明应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法，其包括步骤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；2)引入如下速率函数ρ；3)误差转换，定义误差函数h₁和h₂；4)设计控制器，5)用设计的控制器u去控制车辆实现路径跟踪。本发明应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法，其解决了在系统强非线性、外部扰动、模型参数存在误差的情况下快速有效实现自动驾驶车辆车辆路径跟踪的技术问题，能保证被控车辆在给定的时间内响应期望航向角变化，实现高精度路径跟踪效果。

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，特别涉及一种自动驾驶车辆汽车的路径跟踪控制方法。

背景技术

路径跟踪控制器对自动驾驶技术的实现起着至关重要的作用，其控制性能的优劣直接关系到自动驾驶的安全性和稳定性。然而，由于车辆参数不确定性和外部干扰，很难快速准确地跟踪期望路径，最终导致偏差位移较大。虽然现有一些路径跟踪控制方法通过辨识技术实现对非线性控制律的补偿，但其控制性能依赖于辨识算法的精度指标，且控制结构复杂，不利于实际应用。此外，现存方法很少对系统的暂态性能如响应时间、超调量等作要求，缺乏对系统模型参数摄动进行研究，不能很好地保证受控车辆自动驾驶的可靠运行。

因此，需要新的路径跟踪方法来实现受控车辆的路径跟踪控制，实现在实际工况下提前设定时间和控制精度要求，使得侧向位移误差在给定时间之内达到预设跟踪精度范围，提高自动驾驶汽车的行驶可靠性，消除模型参数误差对控制系统的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法，以解决车辆在设定时间内的路径跟踪问题，实现消除模型参数误差的影响，实现在实际工况下提前设定时间和控制精度要求，使得侧向位移误差在给定时间之内达到预设跟踪精度范围，确保自动驾驶车辆路径跟踪的可靠性。

本发明应用于自动驾驶车辆的有限时间路径跟踪控制方法，其包括以下步骤：

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：