[发明专利]一种高速场景下的路径跟踪控制方法

说明书

一种高速场景下的路径跟踪控制方法，包括在车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，获取车辆在坐标系下的坐标为（x,y,ψ）和车辆的速度为v，车辆偏航率为r的步骤，本发明设计了一个混合MPC和PID的串联控制回路，带有侧滑补偿的运动模型MPC产生偏航率参考信号，内部PID控制回路快速跟踪来自外部偏航率参考，通过附加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。

技术领域

本发明属于汽车领域，具体涉及一种高速场景下的路径跟踪控制方法。

背景技术

近年来，随着计算机技术和传感器技术的进步，自动驾驶汽车的研究取得了巨大的成就。路径跟踪是自动驾驶车辆的重要组成部分之一，其目的是通过控制车辆的横向和纵向运动来跟随所需要的路径或轨迹。众所周知,车辆运动学模型不适合高速路径跟踪,因为他们是不准确地区轮胎力饱和,该控制器基于运动学模型遵循所需的路径,从低速到高速甚至在处理的极限。。采用PI主动前轮转向控制对横摆角速度跟踪误差进行控制，在提高车辆转向动力学性能的同时，克服了不断扰动和参数变化的综合影响。将偏航率基准作为外部控制回路的控制输入:该控制回路采用侧向偏移的PID控制来抑制曲率上随时间线性增加的扰动。

发明内容

根据上述车辆运动模型不适合高速路径跟踪。为解决以上技术问题，所述本发明通过如下技术方案实现：

一种高速场景下的路径跟踪控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，以目标跟踪点为原点构造坐标系；

通过车辆ECU获取当前时刻车辆的位置信息(x,y,ψ)、速度v、偏航率r；

步骤2：将得到的车辆坐标信息和速度信息输出到带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器和如下目标方程，得到期望偏航率r(d)

s.t.z₀＝z(t),u_-1＝u(t-t_s)；

z_i+1＝f(z_i,u_i)；i＝0,Λ,H_p-1；

步骤3：将从MPC控制器得到的期望偏航率r(d)和偏航率r,速度v输入PID得到δ(f),

其中a0为动态控制中引入的附加控制，Kp1为比例控制参数，Ki1为积分控制参数值，来自偏航率r的反馈通过改变转向动力学的特征值位移来改善瞬态；

步骤4：再将得到的数据信息δ_f传输给车辆ECU，ECU对车辆状态进行调整，然后再进行下一时刻的运动控制，重复步骤1、2、3形成一个回路。

本发明有益效果在于：设计了一个混合MPC和PID的串联控制回路，带有侧滑补偿的运动模型MPC产生偏航率参考信号，内部PID控制回路快速跟踪来自外部偏航率参考，通过附加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。

附图说明

图1为本发明MPC实验数据反馈图；

图2为本发明架构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。