[发明专利]一种基于全向移动车辆多行驶模式的自动驾驶轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于全向移动车辆多行驶模式的自动驾驶轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、设计四轮转向模式轨迹跟踪控制器；

S2、设计原地转向轨迹跟踪控制器；

S3、设计斜行模式轨迹跟踪控制器；

S4、建立轨迹信息，进行斜行和与原地转向模式切换测试，进行斜行和原地转向模式切换测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于全向移动车辆多行驶模式的自动驾驶轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述四轮转向模式轨迹跟踪控制器包括横向控制器的设计和纵向控制器的设计，横向控制器的设计和纵向控制器的设计具体如下：

横向控制器的设计：

由四轮转向车辆二自由度动力学模型：

δ_r＝εδ_f；

其中V_x为质心纵向车速，β为质心侧偏角，k_f为前轴侧偏刚度，k_r为后轴侧偏刚度，δ_f为前轮转角，δ_r为后轮转角，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，V_y为质心侧向车速，ε为比例系数，I_z为绕z轴的转动惯量，ω为横摆角速度；

由以零化质心侧偏角为目标可得到：

ε＝(-(a+b)k_fk_rb-mak_fV_x²)/((a+b)k_fk_ra-mbk_rV_x²)；

代入跟踪误差模型得：

e_φ＝φ-θ_r；

其中e_d为横向误差，e_φ为航向角误差，φ为横摆角，θ_r为目标航向角；

代入可得四轮转向模式的控制状态空间矩阵

U＝δ_f；

根据LQR原理：

对于一个n阶线性控制对象，寻求最优控制u(t)，使性能指标J达到极小值：

等号右端第一项代表着在给定的目标时刻t_f时，系统的最终状态与期望状态的接近程度；等号右端积分中x^TQx代表着在系统的控制过程中系统实际状态与所期望的状态二者的误差；积分第二项u^TRu表示对于控制系统总能量的限制；

基于李雅普诺夫稳定性定理得到黎卡提方程：

故线性二次型控制的最优状态反馈增益K与最优控制输入u可以表示为：

K(t)＝R^-1(t)B^T(t)P(t)；

u(t)＝-K(t)x(t)；

纵向控制器的设计：

PID控制器：

其中k_p为比例系数，k_i为积分项系数，k_d为微分项系数；

PID控制器：其中k_p为比例系数，k_i为积分项系数，k_d为微分项系数；

阿克曼转向分配前后轮转角：

当车辆处于四轮转向模式：

a*cot(δ_fl)＝|bcot(δ_rl)|；

a*cot(δ_fr)＝|bcot(δ_rr)|；

转向半径R＝bcot(δ_f)；

其中为虚拟前轮转角，δ_ij为前后轮车轮转角，T_i为轮距。