[发明专利]一种无人车路径跟踪前馈控制方法

摘要

本发明提供了一种无人车路径跟踪前馈控制方法。该方法在传统车辆路径跟踪系统模型中加入道路曲率作为干扰输入项，给出了加入曲率干扰之后的系统模型状态空间表达式。针对该模型，以横向位置偏差趋于零作为目标函数设计了一种前馈控制方法。本发明算法简单，不仅适用于仿真技术领域，还能够在实车嵌入式控制器上实现，应用前景好。

主权项

1.一种无人车路径跟踪前馈控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一:按照如下公式将所有期望路径点转化到车身坐标系下:其中N为整数，k为离散控制时间，k＝0,T,2T.....,T为控制周期；(X_0i,Y_0i),i＝1,2,...,N是期望离散路径点在地球坐标系下的坐标；N表示全局期望路径点个数；δ_r是当前时刻实际前轮转角；(x_c,y_c)是车辆在地球坐标系下的坐标；θ₀是当前时刻车辆航向角度；y_εi(k)是期望路径点的横向位置偏差；x_εi(k)是期望路径点的纵向位置偏差；θ_εi(k)是期望路径点航向偏差；Φ_i(k)是地球坐标系下期望路径点指向下一点的方向与正北方向夹角，即有：N为整数；步骤二：按照如下公式确定前方道路是直道还是弯道：其中start表示从当前时刻距离车辆最近的期望路径点的坐标；NUM表示从当前时刻距离车辆最近的期望路径点向前搜索的路径点个数,同时也是需要拟合的路径点个数；Δ1i是第i个路径点的一阶差分；Δ2是NUM‑1个路径点一阶差分平均值；NUM为需要拟合的路径点个数；Δ2超过预定阈值时则将前方道路判断为弯道，否则为直道；步骤三：计算道路曲率，包括如下步骤；步骤3.1：采用二阶最小二乘法拟合法得到道路连续函数，计算公式为：m1＝(sumx)/NUM,m2＝(sumx2)/NUMm3＝(sumx3‑m2sumx)/(sumx2‑m1sumx)m4＝sumx2y‑m2sumy‑m3(sumxy‑m1sumy)根据最小二乘拟合原理，有：a2＝m4/((sumx4‑m2sumx2)‑m3(sumx3‑m1sumx2))a1＝(sumxy‑m1sumy‑a2(sumx3‑m1sumx2))/(sumx2‑m1sumx)a0＝(sumy‑a2sumx2‑a1sumx))/NUMy＝a0+a1x+a2x2步骤3.2：则按照下式得到前方道路曲率：其中T为控制周期；步骤四：计算得到期望前轮转角，计算公式为；其中δd是期望前轮转角，KL是道路曲率，t表示当前时刻；其中，ux为车速m为整车质量；k1、k2分别为前、后车轮的侧偏刚度；a、b分别为前、后轴到质心的距离，Iz是转动惯量。