[发明专利]自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法在审

专利信息
申请号: 201811585050.5 申请日: 2018-12-24
公开(公告)号: CN109407677A 公开(公告)日: 2019-03-01
发明(设计)人: 张放;王建强;李克强;许庆 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 北京汇智胜知识产权代理事务所(普通合伙) 11346 代理人: 石辉
地址: 10008*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 轨迹跟踪 动力学模型 车辆状态 跟踪误差 控制模式 参考轨迹 自动驾驶 时域 闭环控制策略 性能指标计算 高精度定位 车辆位置 极限工况 开环控制 组合导航 参考点 航向角 全工况 预测 加权 车型 输出
【权利要求书】:

1.一种自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1,确定参考轨迹以及建立车辆单轨动力学模型、跟踪误差性能指标计算模型、轨迹跟踪控制模式,该轨迹跟踪控制模式包括闭环控制策略和开环控制策略;

S2,在S1中的参考轨迹上选择与实时的车辆位置和航向角的偏差加权最小的最近参考点;

S3,基于S1中的车辆单轨动力学模型,利用闭环控制策略预测在未来时域内的车辆状态;

S4,基于S1所建立的车辆单轨动力学模型,利用开环控制策略预测在未来时域内的车辆状态;

S5,根据S1中的跟踪误差性能指标计算模型,计算S3和S4的车辆状态各自对应的跟踪误差性能指标,并选择其中跟踪误差性能指标小对应的轨迹跟踪控制模式作为车辆的控制模式输出。

2.如权利要求1所述的自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法,其特征在于,S1中的车辆单轨动力学模型表示为下面式(1)~式(6),系统状态向量表示为z=[Ux,Uy,r,X,Y,ψ]T,系统控制向量表示为

其中,X为自动驾驶车辆1在大地坐标系的纵向位置;为X的一阶导数;Y为自动驾驶车辆1在大地坐标系的横向位置;为Y的一阶导数;ψ为自动驾驶车辆1在大地坐标系的航向角;Ux为自动驾驶车辆1在车辆坐标系下的纵向速度;为Ux的一阶导数;Uy为自动驾驶车辆1在车辆坐标系下的横向速度;为Uy的一阶导数;m为自动驾驶车辆1的质量;r为自动驾驶车辆1在车辆坐标系下的横摆角速度;为r的一阶导数;δ为自动驾驶车辆1的前轮转角控制量;Iz为自动驾驶车辆1沿z轴的转动惯量;Mz为自动驾驶车辆1沿z轴的力矩;为自动驾驶车辆1的后轮驱动力控制量;Fx为自动驾驶车辆1所行驶的路面对轮胎施加的纵向力;Fy为自动驾驶车辆1所行驶的路面对轮胎施加的横向力;FyF为自动驾驶车辆1所行驶的路面对前轮施加的横向力;FyR为自动驾驶车辆1所行驶的路面对前轮施加的横向力;a和b为自动驾驶车辆1的质心距前轴中点和后轴中点的距离;T表示转置。

3.如权利要求2所述的自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法,其特征在于,S1中的闭环控制策略的获取方法具体包括以下步骤:

S11,根据车辆单轨动力学模型,沿参考轨迹将非线性的车辆单轨动力学模型进行线性化,得到偏差系统的动力学方程ferror,其动力学方程表示为式(7):

式(7)中,Δz为系统状态偏差向量;Δu为系统控制量偏差;A为系统状态矩阵;B为系统控制矩阵;A和B表示为:

S12,根据S11得到的动力学方程ferror以及A和B,基于下式(8)表示的二次型性能指标J,获得S1中的式(9)表示的闭环控制策略:

ucl(i)=uref(i)+Δu(i) (9)

式(8)中,J为性能指标;t为系统时间;ΔzT为系统状态偏差向量的转置;ΔuT为系统控制量偏差的转置;Q为跟踪误差的权重矩阵;R为系统控制量的权重矩阵;

式(9)中,ucl(i)为i时刻的闭环控制量;uref(i)为i时刻的参考控制量;Δu(i)为i时刻的反馈控制量;i为时刻。

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