[发明专利]自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法

说明书

一种自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法，在自动驾驶汽车的轨迹跟踪控制建模过程中，考虑了不可避免的网络时延和数据丢包问题，且一般化的时延表达式更有利于控制器的设计。自动驾驶汽车轨迹跟踪控制设计综合考虑了车辆动力学模型的不确定性和外界扰动的影响，提高了车辆的操纵稳定性和轨迹跟踪控制的鲁棒性。通过求解线性矩阵不等式解决了含有网络时延和数据丢包的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制问题，计算方便。通过求解凸优化问题，可以计算得到自动驾驶汽车轨迹跟踪控制问题扰动抑制性能指标的下界，从而，可以得到最优的轨迹跟踪控制器。

技术领域

本发明涉及自动驾驶汽车轨迹跟踪控制领域，具体涉及一种自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法。

背景技术

自动驾驶汽车可以有效提升车辆的行驶安全性，实现更好的道路利用率，并大大降低移动成本，为从根本上改变传统的交通方式提供了可能性，因而，成为近几年新兴的研究热点。作为自动驾驶汽车的关键技术之一，车辆的轨迹跟踪控制目标是如何在保证车辆行驶安全性和乘坐舒适性的前提下，通过控制车辆的转向系统，使得车辆能够沿着期望的路线行驶，消除自动驾驶汽车行驶过程中产生的跟踪偏差，即距离偏差和角度偏差，而轨迹跟踪控制算法是实现车辆轨迹跟踪控制的关键，对自动驾驶汽车尤为重要。

现有的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制算法有模糊控制、自适应鲁棒控制、迭代学习控制、滑动模态控制、模型预测控制方法等，这些控制方法大都是基于精确的数学模型，然而自动驾驶汽车的行驶工况复杂多变，实际的车辆动力学模型存在着高度不确定性，且易受外部扰动的影响。同时，车辆状态测量和信号传输过程中通常存在不可避免的时延和数据丢包问题，这将会大大降低控制器的性能，甚至会破坏系统的稳定性。因而，如何在出现网络时延和数据丢包的情形下，综合考虑车辆动力学模型的不确定性和外界扰动的影响，实现自动驾驶汽车的理想轨迹跟踪控制仍然是工业和学术领域面临的挑战性问题。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法，该方法设计了一种鲁棒H_∞状态反馈控制器，实现了车辆理想的轨迹跟踪控制，同时，解决了车辆状态信息传输过程中的网络时延和数据丢包问题，提高了车辆的操纵稳定性和轨迹跟踪控制的鲁棒性。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法，包括如下步骤：

a)建立如公式(1)的车辆轨迹跟踪动态方程：

其中，为e₁的二阶微分，e₁为车辆质心CG到理想轨线的法向偏离，e₂为车辆的横摆角ψ与参考轨线上相应参考点的横摆角ψ_r之差，横摆角ψ为车辆在全局坐标系XO_GY中相对基准轴X的方向角，O为车辆的旋转中心，为y的二阶微分，y为旋转中心O到车辆质心CG的法向偏离，v_x为车辆的纵向速度，为横摆角ψ的一阶微分，y_r为参考轨线上相应参考点的侧向偏离，为y_r的二阶微分，ψ_r为参考轨线上相应参考点的横摆角；

b)建立如公式(2)的车辆侧向动态方程

其中，m为车辆的质量，I_z为车辆绕z轴的转动惯量，l_f为车辆质心到车辆前轴的距离，l_r为车辆质心到车辆后轴的距离，为横摆角ψ的二阶微分，F_yf为车辆前轮侧向力，F_yr为车辆后轮侧向力，通过公式(3)求取车辆前轮及后轮侧向力；

F_yf＝2C_fα_f,F_yf＝-2C_rα_r (3)