一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法技术

本发明专利技术涉及一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，包括如下步骤：轨迹预瞄器设计；误差融合器设计；线性延迟器设计；线性估计器；线性反馈控制器。本发明专利技术能有效解决模型参数不确定性等干扰，并通过李雅普诺夫函数设了误差融合器，验证了自动驾驶控制系统的稳定性，在模型参数不确定性存在不确定性的情况下，本方法具有较高的鲁棒性，通过加快前轮转角的响应，可以降低跟踪误差，使横向误差和航向误差同步收敛，跟踪的轨迹更加精准、可靠，提高自动驾驶车辆运行的平稳性与安全性。提高自动驾驶车辆运行的平稳性与安全性。提高自动驾驶车辆运行的平稳性与安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶运动控制方法，尤其是涉及一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法。

技术介绍

[0002]自动驾驶技术如今蓬勃发展，该技术的实现可以加强道路安全管理能力、大幅缓解交通压力、节约能源降低排放。当前自动驾驶技术的发展也得益于跨学科的交叉发展，包括生物、材料、交通、智能、电信、图像、传感器等，作为自动驾驶实现的核心技术之一，运动控制方法研究的也越来越多。目前，由于系统模型参数的不确定性与时变性、系统的欠驱动特性，导致运动控制器的设计相当困难。
[0003]因此，如何提供一种抵抗不确定性，同时使横向误差和航向误差同步收敛，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，包括以下步骤：
[0007]1)轨迹预瞄器计算轨迹跟踪误差；
[0008]2)误差融合器将轨迹跟踪误差融合为综合跟踪误差；
[0009]3)根据综合跟踪误差，设计微分误差系统模型；
[0010]4)由微分误差系统模型，设计线性估计器，估计出系统状态；
[0011]5)线性延迟器计算期望的系统状态；
[0012]6)根据估计的系统状态和期望的系统状态，计算系统误差；
[0013]7)根据系统误差，线性反馈控制器计算期望控制量；
[0014]8)结合估计的系统状态计算扩张状态控制量；
[0015]9)将期望控制量和扩张状态控制量融合，得到最终的系统控制量。
[0016]所述步骤1)中，包括以下步骤：
[0017]11)计算车辆航向误差车辆航向误差的计算方法为其中，θ为参考轨迹上被跟踪点的航向，为参车辆的实际航向；
[0018]12)车辆横向误差y
e
。轨迹预瞄器设计为其中，y
e
为车辆横向误差，v
d
为参考轨迹上被跟踪点的期望车速，为车辆航向误差，l
s
为预瞄点到车辆质心的距离，L为轴距，δ为车辆前轮转角。
[0019]所述步骤2)中，误差融合器设计为其中，z为综合跟踪误差，tanh(.)为双曲正切函数，系统参数c0>0,c1>0,c2>0。
[0020]所述步骤3)中，由误差融合器模型设计的微分误差系统模型为
其中，为微分误差系统模型中的不确定部分，系数b0＝
‑
c2v
d
/L，u为最终的系统控制量。
[0021]所述步骤4)中，设计的线性估计器的状态空间模型如公式(1)所示，
[0022][0023]其中，状态z1为z的估计值，状态z2为微分误差系统模型中的不确定部分，η为线性估计器的输出。
[0024]所述步骤4)中，设计的线性估计器离散后如公式(2)所示，
[0025][0026]其中，k为离散的时刻，T1为线性估计器的周期，w
o
(>0)为线性估计器的增益。
[0027]所述步骤5)中，设计的线性延迟器为一阶，线性延迟器的参考输入r恒为0，其输出v1也恒为0。
[0028]所述步骤6)中，系统误差计算方法为e1＝v1–
z1。
[0029]所述步骤7)中，线性反馈控制器设计为比例控制器，比例控制器增益为w
c
/b0，线性反馈控制器输出u0的计算方法为u0＝
‑
w
c
z1/b0。
[0030]所述步骤8)中，扩张状态控制量计算方法为u1＝z2/b0。
[0031]所述步骤9)中，最终的系统控制量计算方法为u＝u0+u1。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033]1.本专利技术的误差融合器，能将横向误差和航向误差融合为一种误差模式，将系统转化为完全驱动系统，大大地降低了控制器设计难度，有利于控制系统稳定收敛；
[0034]2.本专利技术的自动驾驶控制方法，不依赖于精确地车辆动力学模型，能克服模型不确定性带来的扰动，大大地简化控制器参数的设计，快速镇定系统，提升系统的鲁棒性，实现控制的高效运行；
[0035]3.本专利技术的自动驾驶控制策略，经李雅普诺夫函数函数证明，能使横向误差和航向误差同步收敛，具有良好的稳定性，实现系统的鲁棒运行；
[0036]4.本专利技术提出的轨迹跟踪方法通过加快前轮转角的响应，能降低跟踪误差，跟踪的轨迹更加精准、可靠，提高自动驾驶车辆运行的平稳性与安全性。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法示意图；
[0038]图2为本专利技术的轨迹跟踪模型示意图；
[0039]图3为纯跟踪方法和本专利技术方法的轨迹跟踪示意图；
[0040]图4为纯跟踪方法和本专利技术方法的轨迹跟踪的转角示意图；
[0041]图5为纯跟踪方法和本专利技术方法的轨迹跟踪的误差示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0043]实施例：
[0044]如图1所示，图1为本专利技术的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法示意图，该策略具体步骤包括：
[0045]步骤1：如图2所示，建立参考轨迹跟踪模型。其中，O
local
xy为局部坐标系，OglobalXY为绝对坐标系，P
preview
为预瞄点，P
track
为参考轨迹上的被跟踪点，v
d
为车速，v
y
为横向车速，v
x
为纵向车速，l
s
预瞄距离，β为车辆的质心侧偏角，为车辆的航向，θ为被跟踪点的航向角，δ为前轮转角，y
e
为横向误差，为航向误差；
[0046]步骤2：建立预瞄点P
preview
和被跟踪点P
track
之间的运动学模型。运动学模型为其中，y
track
为被跟踪点的横向坐标，y
preview
为预瞄点的横向坐标；
[0047]步骤3：将车辆视作为刚体，那么，二维平面的运动关系如公式(1)所示；
[0048][0049]步骤4：考虑车辆的运动不存在滑移，那么，质心侧偏角β≈0，那么，有轨迹跟踪误差模型
[0050]步骤5：采用误差融合器，将轨迹跟踪误差融合为综合跟踪误差。综合跟踪误差z为其中，z为综合跟踪误差，tanh(.)为双曲正切函数，系统参数c0>0,c1>0,c2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)轨迹预瞄器计算轨迹跟踪误差；2)误差融合器将轨迹跟踪误差融合为综合跟踪误差；3)根据综合跟踪误差，设计微分误差系统模型；4)由微分误差系统模型，设计线性估计器，估计出系统状态；5)线性延迟器计算期望的系统状态；6)根据估计的系统状态和期望的系统状态，计算系统误差；7)根据系统误差，线性反馈控制器计算期望控制量；8)结合估计的系统状态计算扩张状态控制量；9)将期望控制量和扩张状态控制量融合，得到最终的系统控制量。2.根据权利要求1所述的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，轨迹预瞄器设计为其中，y
e
为车辆横向误差，v
d
为参考轨迹上被跟踪点的期望车速，为车辆航向误差，l
s
为预瞄点到车辆质心的距离，L为轴距，δ为车辆前轮转角。3.根据权利要求2所述的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，其特征在于，车辆航向误差的计算方法为其中，θ为参考轨迹上被跟踪点的航向，为参车辆的实际航向。4.根据权利要求1所述的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，误差融合器设计为其中，z为综合跟踪误差，tanh(.)为双曲正切函数，系统参数c0>0,c1>0,c2>0。5.根据权利要求1所述的一种兼顾横向误差和航向误差收敛的自动驾驶控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，由误差融合器模型设计的微分误差系统模型为其中，为微分误...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德全，胡一明，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：