[发明专利]具有转向补偿功能的智能车辆路径跟踪方法

说明书

本发明公开了一种具有转向补偿功能的智能车辆路径跟踪方法，包括：步骤一，在模型预测控制算法，基于单车转向模型计算目标转向角度；步骤二，建立运动学模型，将目标转向角度与当前转角的差作为一个转向补偿项加入到代价函数中进行求解，以获得期望的控制量，完成对无人驾驶车辆的路径跟踪任务。本发明提供一种具有转向补偿功能的智能车辆路径跟踪方法，通过将车辆运动学模型和横向动力学模型进行耦合以提升车辆的横向稳定性。经实验论证，本发明能有效提升车辆在转向时的稳定性和跟踪精度。

技术领域

本发明属于无人驾驶车辆路径跟踪控制技术领域，具体涉及一种基于模型预测控制的具有转向补偿的智能车辆路径跟踪方法。

背景技术

随着计算机技术、互联网技术、传感器技术等的发展，基于环境感知的辅助驾驶技术不断取得实质性研究成果，高度智能化的无人驾驶汽车将会是未来汽车发展的必然趋势。无人驾驶汽车的运动控制分为纵向和横向两方面，无人驾驶汽车路径跟踪控制即是车辆横向控制，是无人驾驶汽车在道路上稳定行驶的必要条件。因此，无人驾驶汽车路径跟踪控制方法的研究与实现具有十分重要的实用意义。作为智能无人车的核心技术之一，路径跟踪控制技术的优劣对整个车辆的行驶起着至关重要的作用。目前应用较为普遍的路径跟踪控制算法主要为以下几种：前馈反馈控制、PID控制、预瞄控制算法、LQR跟踪控制器、纯跟踪控制和模型预测控制等。

虽然模型预测控制算法在路径跟踪上表现较好，但依然存在一定的跟踪误差和车辆稳定性问题，并且车辆在弯道转向时存在一定延迟，在曲率变化较大的弯道下跟踪精度会有所下降。

现有技术中，《基于模型预测控制的具有预览特性的智能车辆路径跟踪方法》，以及《基于模型预测控制的具有预览特性的自适应速度智能车辆路径跟踪方法》，其主要集中讨论了车辆的预览特性对路径跟踪精度的提升，存在的问题在于转向时，由于模型未考虑车辆的横向速度和横摆角速度这两个车辆横向稳定性指标，存在车辆前轮转角的变化幅度较大情况下，车辆的横向稳定性较差。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有转向补偿功能的智能车辆路径跟踪方法，包括：

步骤一，在模型预测控制算法，基于单车转向模型计算目标转向角度；

步骤二，建立运动学模型，将目标转向角度与当前转角的差作为一个转向补偿项加入到代价函数中进行求解，以获得期望的控制量，完成对无人驾驶车辆的路径跟踪任务。

优选的是，在步骤一中，所述目标转向角的计算方法被配置为包括：

S1、将当前车辆速度和当前车辆横向误差的值代入提出的预览距离公式以得到预览距离的值。

S2、将预览距离映射到参考路径上得到对应参考点，根据参考点的曲率通过单车转向模型计算出目标转向角度。

优选的是，在步骤二中，所述运动学模型的建立基于以下假设进行：

忽略车辆垂直于地面的运动；

左前轮和右前轮角度相同；

车身和悬架系统是刚性的；

只考虑车辆前轮转动。

优选的是，所述运动学模型的为无人驾驶车辆的运动学模型和横向动力学模型的耦合模型；

其中，所述横向动力学模型为：