[发明专利]一种自动驾驶汽车的参数自适应横向运动LQR控制方法

说明书

本发明提供了一种自动驾驶汽车的参数自适应横向运动LQR控制方法，具体包括如下步骤：实时采集横向运动控制系统所需的目标路径信息、车辆位置信息、车辆状态信息；对采集的数据进行处理转换；根据采集的数据信息，按制定的基于路径跟踪误差和车‑路位置关系的LQR控制参数调整策略确定当前状态下的控制器参数；根据确定的控制器参数，计算自动驾驶汽车的转向控制量，将其传递给转向执行器执行。本发明在自动驾驶横向LQR控制器为基础，添加一种基于路径跟踪误差和车‑路位置关系的LQR控制器参数计算调整策略，以此实现路径跟踪精度的提高以及控制器自适应性的改善。

技术领域

本发明属于自动驾驶横向运动控制领域，尤其是涉及一种自动驾驶汽车的参数自适应横向运动LQR控制方法。

背景技术

自动驾驶的横向运动控制是该项技术的三大核心之一，其根据上层决策规划系统的目标路径信息，输出相应的转向控制指令，控制车辆沿目标路径行驶。横向运动控制方法是整个运动控制系统的核心，其优劣不仅会影响智能汽车对目标路径的跟踪精度，还会对整车的稳定性、舒适性等产生影响。

目前，许多控制方法，如纯跟踪算法、PID控制、滑模控制、最优控制、模型预测控制等，都被应用于自动驾驶横向运动控制器的设计当中。其中，线性二次型最优控制(LQR)理论是一种模型参数物理意义清晰、相对通用性较好，且能够解决多目标优化问题的现代控制方法，其在自动驾驶横向运动控制方面的应用也较为广泛。然而，多数相关研究中，LQR控制器参数(即加权矩阵)一般采用固定值，这种方式在一定程度上限制了控制精度与自适应性的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种自动驾驶汽车的参数自适应横向运动LQR控制方法，以提高路径跟踪精度以及改善控制器自适应性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自动驾驶汽车的参数自适应横向运动LQR控制方法，其体包括如下步骤：

步骤S1：实时采集横向运动控制系统所需的目标路径信息、车辆位置信息、车辆状态信息；

步骤S2：对采集的数据进行处理转换；

步骤S3:根据采集的数据信息，按制定的基于路径跟踪误差和车-路位置关系的LQR控制参数调整策略确定当前状态下的控制器参数；

步骤S4：根据确定的控制器参数，计算自动驾驶汽车的转向控制量，将其传递给转向执行器执行。

进一步的，所述步骤S1中，实时采集的信息具体包括：当前时刻的目标点位置信息，目标点曲率ρ，理想航向角ψ_des，车辆纵向车速V_x，车辆横向车速V_y，车辆横摆角速度ω，车辆航向角ψ，车辆自身位置信息，其中当前时刻的目标点位置信息为汽车当前位置与车道中心线交点处的位置信息。

进一步的，所述步骤S2中，对采集的数据进行处理转换，具体包括：

1)将当前时刻的目标点位置信息与车辆自身位置信息进行坐标转换；

2)根据转换后的目标点位置信息与车辆自身位置信息，计算当前时刻车辆与目标点的距离偏差e_y；

3)计算当前时刻车辆与目标点的航向偏差e_ψ，计算公式如下：

e_ψ＝ψ-ψ_des (1)

4)根据车辆纵向车速V_x，车辆横向车速V_y，航向偏差e_ψ，计算距离偏差变化率计算公式如下：