[發明專利]無人駕駛車輛的橫縱向控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011644225.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112859843B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 左志強;王浩宇;王一晶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王江選

1.一種無人駕駛車輛的橫縱向控制方法，包括：

獲取參考速度和實時檢測的車輛縱向速度，基于第一誤差反饋控制律根據參考速度和所述實時檢測的車輛縱向速度的差值，得到第一誤差反饋控制量，采用帶有死區非線性的積分模型得到實際期望加速度控制量；

橫向控制器根據參考路徑、參考速度、車輛實時位姿信息和所述實時檢測的車輛縱向速度半耦合處理后的輸出，得到轉向角控制量；包括：

設定參考路徑，將參考路徑、參考速度、車輛實時位姿信息、橫向外部擾動同時輸入至位置偏差模塊得到第二誤差反饋控制量；

參考路徑和車輛實時位姿信息作差得到位置偏差和航向角偏差，將位置偏差輸入至第一橫向復合非線性擴張狀態觀測模塊，得到第一橫向擾動觀測值；結合所述第一橫向擾動觀測值對所述第二誤差反饋控制量進行調整，得到期望航向角控制量；

將所述期望航向角控制量、轉向角外部擾動和所述實時檢測的車輛縱向速度同時輸入至航向角偏差模塊，得到第三誤差反饋控制量；

將航向角偏差輸入至第二橫向復合非線性擴張狀態觀測模塊，得到第二橫向擾動觀測值；結合所述第二橫向擾動觀測值對所述第三誤差反饋控制量進行調整，得到轉向角控制量；

其中，橫向控制器運動學模型：

其中，(X(t)，Y(t))是車輛后軸中心，是車輛航向角，v(t)是車輛縱向速度，δ(t)是車輛前輪偏角，l是車輛縱向軸距，同時給出滿足運動學特性的參考軌跡方程

其中，X_r(t)，Y_r(t)，v_r(t)，δ_r(t)分別為相應變量對應的參考信號，定義如下誤差變量

綜合上式，可得到如下運動學誤差動態方程

對于無人駕駛車輛橫向控制來說，橫向偏差和航向角偏差是決定路徑跟蹤精度的主要變量，綜合考慮橫縱向耦合，建模誤差以及外部擾動，給出如下橫向誤差模型

其中，控制量為前輪轉向角δ(t)，f_Y，分別為橫向偏差以及航向角偏差通道的總擾動，針對橫向誤差模型，構造如下橫向控制器

其中，K_Y，為橫向控制器增益，為第一、第二橫向CNESO的觀測狀態，l_Y1，l_Y2，k_Y1，k_Y2，為第一、第二橫向CNESO增益；該橫向控制器能夠保障橫向偏差和航向角偏差收斂。

2.根據權利要求1所述的無人駕駛車輛的橫縱向控制方法，其中，所述獲取參考速度和所述實時檢測的車輛縱向速度，縱向控制器根據參考速度和所述實時檢測的車輛縱向速度的差值，采用帶有死區非線性的積分模型得到實際期望加速度控制量包括：

設定參考速度，將實時檢測的車輛縱向速度與所述參考速度做差后輸入至縱向控制模塊中，得到第一誤差反饋控制量；

將所述實時檢測的車輛縱向速度輸入至縱向復合非線性擴張狀態觀測模塊，得到縱向擾動估計量；結合所述縱向擾動估計量對所述第一誤差反饋控制量進行調整，得到期望加速度控制量；

將所述期望加速度控制量輸入至帶有死區模塊的動力執行器，得到實際期望加速度控制量，并最終實現車輛速度控制。

3.根據權利要求2所述的無人駕駛車輛的橫縱向控制方法，其中，所述期望加速度控制量反饋至所述縱向復合非線性擴張狀態觀測模塊對所述縱向擾動估計量進行調整。

4.根據權利要求1所述的無人駕駛車輛的橫縱向控制方法，其中，所述期望航向角控制量反饋至所述第一橫向復合非線性擴張狀態觀測模塊對第一橫向擾動觀測值進行調整；

其中，所述轉向角控制量反饋至所述第二橫向復合非線性擴張狀態觀測模塊對所述第二橫向擾動觀測值進行調整。