[发明专利]一种自动驾驶车辆轨迹跟踪方法

说明书

本发明涉及一种轨迹跟踪方法，具体涉及一种自动驾驶车辆轨迹跟踪方法；具体公开了通过在预测模型的代价函数中加入一个虚拟的用于表示真正作用于自动驾驶车辆的前轮倾角δ_true作为模型预测控制的一个代价量，从而实现防止和纠正车辆的车轮打滑，提高轨迹跟踪效果；由于当车辆的模型和理想的模型有一定偏差时，主要是发生车轮打滑现象，即车轮倾角与车辆的行使轨迹存在偏差，因此将虚拟的前轮倾角δ_true作为一种一个代价量，有效地解决了车轮打滑的问题。

技术领域

本发明涉及一种轨迹跟踪方法，具体涉及一种自动驾驶车辆轨迹跟踪方法。

背景技术

自动驾驶的关键技术依次可以分为环境感知、行为决策、路径规划和运动控制，其中运动控制主要有两种基本设计方法，一种是基于驾驶员模拟的方法，另一种是基于动力学建模的控制方法。基于动力学建模的控制方法中被广泛研究和应用的车辆控制方法是模型预测控制，其可以对准时性、舒适性以及节能性指标进行优化，从而得出最优化的控制；另外，比起传统的串环PID控制、预瞄跟踪控制、线性模型预测控制以及线性二次型LQR控制，其计算精度高、鲁棒性强、超调小、跟踪效果好。

然而，目前的大多数基于模型预测控制都是仅仅依靠其鲁棒性，控制过程中如果自动驾驶车辆发生驶出或激转等偏移于参考模型的情况下(即存在侧滑的情况)需要自动驾驶车辆的行为决策来减少偏移设定轨迹的问题，但不能对模型的偏差进行很好补偿，从而不能避免自动驾驶车辆驶出或激转等偏移于参考模型的现象的发生。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动驾驶车辆轨迹跟踪方法，该方法能够在自动驾驶车辆发生驶出或激转等偏离参考模型的情况下，通过增加反映偏移的指标对原有的模型预测控制进行优化，通过模型预测控制自身即可有效控制自动驾驶车辆尽可能向准确的模型靠近，防止打滑。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种自动驾驶车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立地面坐标系和机体坐标系，对车辆进行动力学建模；车辆的动力学模型如下：

其中，x、y分别为地面坐标系下自动驾驶车辆质心的x轴、y轴坐标，ψ为地面坐标系下自动驾驶车辆的航向角，v为自动驾驶车辆的前进速度，a为自动驾驶车辆的前进加速度，t表示当前时刻的量，t+1表示下一时刻的量，L_f为前轮和后轮之间的轴距；δ_true为虚拟量，表示当前真实前轮倾角，是车辆在当前行驶方向下假设前轮没有打滑状态下对应的前轮倾角；

S2：获取机体自身状态向量X_t以及上一次输出向量U_t-1；其中，

X_t＝[x，y，ψ，v]^T (2)

U_t-1＝[a_t-1，δ_t-1] (3)

δ为自动驾驶车辆的前轮倾角；当需要计算下一时刻的机体自身状态向量X_t+1时，将该时刻的X_t代入到公式(1)中，即可算出下一时刻的X_t+1的相关参数x_t+1、y_t+1、ψ_t+1以及v_t+1；

S3：获取虚拟量，该虚拟量为当前真实前轮倾角δ_true；

S4：通过采样获取离散的航点路径P，并对该航点路径P进行插值计算，以长度l分别得出x_ref，y_ref，ψ_ref，v_ref，即获得连续轨迹f(P)；其中，