[发明专利]基于输出反馈的无人车路径跟踪控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于输出反馈的无人车路径跟踪控制方法及系统，包括如下步骤：首先，建立无人车路径跟踪控制系统模型；其次，选择无人车的可测状态信息作为输出反馈量，确定系统反馈向量；然后，选择横向位置偏差和航向角误差作为系统控制目标，建立静态输出反馈控制器的求解条件。最后，求解输出反馈控制器增益，并计算所需的主动前轮转向角，进行无人车路径跟踪的在线控制。本发明将可测状态信息作为反馈量实现在线控制，从而避免了对不可测或难测的状态信息的依赖，有效保证了控制器的可行性，提高无人车路径跟踪精度和行驶稳定性。

技术领域

本发明属于智能汽车先进控制领域，尤其涉及一种基于输出反馈的无人车路径跟踪控制方法。

背景技术

随着智能汽车的快速发展，汽车智能化不仅是下一代车型的必备要素，更是汽车行业之间竞争的核心要素。作为智能汽车的关键技术之一，汽车先进控制是实现汽车迈向无人驾驶的基础，为减少交通事故、改善交通状况、降低环境污染提供了新方案。其中，路径跟踪控制能够使汽车自主地按照期望路径平稳行驶，进而保证汽车行驶稳定性、安全性和乘坐舒适性。

目前路径跟踪控制采用的较多是PID控制方法，能够在普通的驾驶环境下获得良好的控制效果。然而，PID控制方法的参数调节复杂，控制效果受参数影响大，在应对复杂交通环境、处理非线性因素、抑制外界扰动方面具有很强的局限性。为了提高无人车在非线性扰动下的路径跟踪能力，专利号为CN 107015477B的发明专利中提供了一种基于状态反馈的车辆路径跟踪H_∞控制方法，然而该方法忽略了部分状态信息很难甚至无法在线通过传感器获得，这将给控制器带来严峻的可行性问题，造成控制器的失效。因此，本发明提供一种基于输出反馈的路径跟踪控制方法，旨在保证在有限测量状态信息环境下无人车控制的可靠性，进一步提高无人车自主行驶的鲁棒性和路径跟踪精度。

发明内容

为了实现有限测量状态信息下无人车的路径跟踪控制，本发明提供基于输出反馈的无人车路径跟踪控制方法，旨在消除对全状态信息的在线依赖，以期提高控制效能、改善无人车的路径跟踪性能

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于输出反馈的无人车路径跟踪控制方法，通过以下步骤实现：

建立无人车路径跟踪控制系统模型；

针对所建立的无人车路径跟踪模型进行后续的控制器设计，包括确定系统反馈量和系统控制目标以及设计无人车的路径跟踪控制系统，所述系统控制目标是最小化无人车的横向位置偏差和航向角误差，使其满足||z(t)||₂＜γ||ω(t)||₂，其中，被控输出向量z(t)＝[y_c ψ_c]^T＝Cx(t)，y_c指无人车与期望路径的横向位置偏差，ψ_c表示无人车当前位置的航向角误差，即为无人车实际横摆角ψ和期望路径航向角ψ_d的差，即ψ_c＝ψ-ψ_d，x(t)为系统的状态向量，C为被控输出矩阵，γ为采用输出反馈控制器得到的闭环系统对于外部干扰的抑制指标参考值，ω(t)为系统的干扰输入，所述无人车路径跟踪系统的控制输入u(t)＝Ky(t)，其中K代表输出反馈控制器的增益矩阵，y(t)表示系统的测量输出向量；

通过采集无人车测量输出信息，进而计算控制输入u(t)＝Ky(t)获得主动前轮转向角，通过路径跟踪控制系统将所述主动前轮转向角施加于车辆，实现无人车路径跟踪与安全行驶。进一步地，所述无人车路径跟踪控制系统模型包括动力学模型和运动学模型。

无人车动力学方程如下：