[发明专利]一种无人车路径跟踪前馈控制方法

权利要求书

1.一种无人车路径跟踪前馈控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一:按照如下公式将所有期望路径点转化到车身坐标系下:

其中N为整数，k为离散控制时间，k＝0,T,2T.....,T为控制周期；(X_0i,Y_0i),i＝1,2,...,N是期望离散路径点在地球坐标系下的坐标；N表示全局期望路径点个数；δ_r是当前时刻实际前轮转角；(x_c,y_c)是车辆在地球坐标系下的坐标；θ₀是当前时刻车辆航向角度；y_εi(k)是期望路径点的横向位置偏差；x_εi(k)是期望路径点的纵向位置偏差；θ_εi(k)是期望路径点航向偏差；Φ_i(k)是地球坐标系下期望路径点指向下一点的方向与正北方向夹角，即有：

N为整数；

步骤二：按照如下公式确定前方道路是直道还是弯道：

其中start表示从当前时刻距离车辆最近的期望路径点的坐标；NUM表示从当前时刻距离车辆最近的期望路径点向前搜索的路径点个数,同时也是需要拟合的路径点个数；Δ_1i是第i个路径点的一阶差分；Δ₂是NUM-1个路径点一阶差分平均值；NUM为需要拟合的路径点个数；

Δ₂超过预定阈值时则将前方道路判断为弯道，否则为直道；

步骤三：计算道路曲率，包括如下步骤；

步骤3.1：采用二阶最小二乘法拟合法得到道路连续函数，计算公式为：

m₁＝(sumx)/NUM,m₂＝(sumx²)/NUM

m₃＝(sumx³-m₂sumx)/(sumx²-m₁sumx)

m₄＝sumx²y-m₂sumy-m₃(sumxy-m₁sumy)

根据最小二乘拟合原理，有：

a₂＝m₄/((sumx⁴-m₂sumx²)-m₃(sumx³-m₁sumx²))

a₁＝(sumxy-m₁sumy-a₂(sumx³-m₁sumx²))/(sumx²-m₁sumx)

a₀＝(sumy-a₂sumx²-a₁sumx))/NUM

y＝a₀+a₁x+a₂x²

其中，y是拟合之后的函数值；

步骤3.2：则按照下式得到前方道路曲率：

其中T为控制周期，x_εstart(K)是第K时刻距离车辆最近的参考坐标点和车辆坐标的纵向误差；

步骤四：计算得到期望前轮转角，计算公式为；

其中，δ_d是期望前轮转角，K_L是道路曲率，t表示当前时刻；a₁₁，a₁₂，a₂₁，a₂₂，b₁₁，b₁₂均是计算参数，且：

u_x为车速m为整车质量；k₁、k₂分别为前、后车轮的侧偏刚度；a、b分别为前、后轴到质心的距离，I_z是转动惯量。