一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置。该方法包括：S1：采集赛车的输出信号；S2：判断横向位置坐标差值是否大于预设位置偏差，是则进行S3，否则进行S4；S3：通过模型预测控制器输出期望前轮转角一，进行S7；S4：判断车辆航向角是否小于预设航向角，是则进行S6，否则进行S5；S5：判断纵向车速是否大于预设车速，是则进行S3，否则进行S6；S6：通过纯跟踪控制器输出期望前轮转角二，进行S7；S7：通过期望前轮转角一或期望前轮转角二对赛车进行横向控制。本发明专利技术完全符合方程式赛车的轨迹跟踪要求，实现高精度的轨迹跟踪横向控制，增强实时性，针对性较强、控制能力较好、占用车辆处理器性能较低。

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法及装置
本专利技术涉及赛车轨迹跟踪
的一种横向控制方法，尤其涉及一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，还涉及应用该方法的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制装置。
技术介绍
中国大学生无人驾驶方程式大赛是由中国汽车工程学会主办，由各高校汽车相关专业的在校大学生组队参加的汽车设计与制造比赛，根据比赛规则要求，无人驾驶方程式赛车应分为有人驾驶模式和无人驾驶模式。当赛车以无人驾驶模式在规定的赛道上行驶时，需要采用轨迹跟踪算法控制车辆的车速和前轮转角，实现车辆纵横向的轨迹跟踪控制。目前已有横向轨迹跟踪技术中，模型预测控制(MPC)的轨迹跟踪精度较高，但是由于该算法需要滚动优化，故实际计算量较大且实际使用时的实时性较差。其余横向算法如纯跟踪算法，该算法基于车辆运动学模型，在低速时的跟踪控制效果较好，但在高速以及弯道时的跟踪控制能力较差，容易产生较大误差甚至产生振荡。
技术实现思路
为解决现有的赛车轨迹跟踪算法的准确性和实时性较低的技术问题，本专利技术提供一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1：采集赛车的输出信号，进行S2；所述输出信号包括所述赛车的纵向车速、横向车速、航向角、横摆角速度、实际大地坐标系下横向位置坐标、实际大地坐标系下纵向位置坐标、赛车左前轮的滑移率、赛车右前轮的滑移率；/nS2：判断所述实际大地坐标系下横向位置坐标与一个期望大地坐标系下横向位置坐标的差值是否大于一个预设位置偏差，是则进行S3，否则进行S4；/nS3：通过一个模型预测控制器输出一个期望前轮转角一，进行S7；/nS4：判断所述航向角信号中车辆航向角是否小于一个预设航向角，是则进行S6，否则进行S5；/nS5：判断所述纵...

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：采集赛车的输出信号，进行S2；所述输出信号包括所述赛车的纵向车速、横向车速、航向角、横摆角速度、实际大地坐标系下横向位置坐标、实际大地坐标系下纵向位置坐标、赛车左前轮的滑移率、赛车右前轮的滑移率；
S2：判断所述实际大地坐标系下横向位置坐标与一个期望大地坐标系下横向位置坐标的差值是否大于一个预设位置偏差，是则进行S3，否则进行S4；
S3：通过一个模型预测控制器输出一个期望前轮转角一，进行S7；
S4：判断所述航向角信号中车辆航向角是否小于一个预设航向角，是则进行S6，否则进行S5；
S5：判断所述纵向车速是否大于一个预设车速，是则进行S3，否则进行S6；
S6：通过一个纯跟踪控制器输出一个期望前轮转角二，进行S7；
S7：通过所述期望前轮转角一或所述期望前轮转角二对所述赛车进行横向控制；
其中，所述纯跟踪控制器根据所述航向角、所述赛车的预瞄距离和汽车轴距，在一个车辆运动学模型中获取所述期望前轮转角二；所述模型预测控制器根据所述纵向车速、所述横向车速、所述航向角、所述横摆角速度、所述实际大地坐标系下横向位置坐标、所述实际大地坐标系下纵向位置坐标、所述赛车左前轮的滑移率、所述赛车右前轮的滑移率，在一个车辆动力学模型中获取所述期望前轮转角一。


2.如权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，通过一个策略切换控制器对所述赛车的三种控制策略进行切换，三种控制策略依照优先级自高而低的顺序分别为：
策略一：采集所述赛车在实际大地坐标系下横向位置坐标信号，当所述实际大地坐标系下横向位置坐标与所述期望大地坐标系下横向位置坐标的差值大于所述预设位置偏差时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为0，输出至所述模型预测控制器的切换值为1；
策略二：采集所述赛车的航向角信号，当所述车辆航向角小于所述预设航向角时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为1，输出至所述模型预测控制器的切换值为0；以及
策略三：采集所述赛车的纵向车速信号，当所述纵向车速大于所述预设车速时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为0，输出至所述模型预测控制器的切换值为1；
其中，在所述赛车启动时，所述策略切换控制器输出至所述纯跟踪控制器的切换值为1，输出至所述模型预测控制器的切换值为0；所述纯跟踪控制器在接收到切换值为1时，输出所述期望前轮转角二，在接收到切换值为0时，不输出所述期望前轮转角二；所述模型预测控制器在接收到切换值为1时，输出所述期望前轮转角一，在接收到切换值为0时，不输出所述期望前轮转角一。


3.如权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，所述期望前轮转角二的计算公式为：



式中，δf(t)为所述期望前轮转角二在时间t的转角值，L为所述汽车轴距，为所述航向角在时间t的角度，Ld为所述预瞄距离。


4.如权利要求3所述的无人驾驶方程式赛车轨迹跟踪横向控制方法，其特征在于，还建立所述赛车的三自由度车辆动力学非线性模型，且所述三自由度车辆动力学非线性模型为：















式中，a为所述赛车的汽车质心到前轴距离，b为所述汽车质心到后轴距离，m为所述赛车的汽车质量，为所述航向角，Iz为所述赛车绕z轴的转动惯量，为所述横摆角速度，为横摆角加速度，δf为前轮转角，Cef为前轮侧偏刚度，Cer为后轮侧偏刚度，Clf为前轮纵向刚度，Clr为后轮纵向刚度，sf为所述赛车前轮的滑移率，sr为所述赛车后轮的滑移率，为所述纵向速度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪波，徐世寒，孙友鼎，胡承磊，李禹杰，高含，杨洋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34