基于时变局部模型的无人驾驶车辆路径跟踪.pdf

工程科学学报，第 45 卷，第 5 期：787−796，2023 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 45, No. 5: 787−796, May 2023 /10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.18.003;  基于时变局部模型的无人驾驶车辆路径跟踪 1,2) 1) 1)苣 1) 1,2) 1) 白国星 ，周    蕾 ，孟    宇 ，刘    立 ，顾    青 ，王国栋 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083    2) 北京科技大学顺德研究生院，顺德 528399 苣通信作者， E-mail: myu@ 摘    要    目前常用于无人驾驶车辆路径跟踪控制的有模型控制方法有两类，一类是基于全局模型的控制方法，另一类是基于 局部模型的控制方法. 基于全局模型的路径跟踪控制中无人驾驶车辆的纵向速度与全局坐标系中的横向、纵向位移误差之 间存在随航向角变化的耦合关系，这种耦合关系使得控制器无法将纵向速度作为控制输入来提高路径跟踪控制的精确性. 基于局部模型的路径跟踪控制器通常采用误差模型作为参考模型，这种模型使得控制器在参考路径曲率变化幅度较大时精 确性较低. 针对前述问题，基于非线性模型预测控制滚动优化的原理，提出一种基于时变局部模型的无人驾驶车辆路径跟踪 控制方法，并在低速高附着路面、低速低附着路面和高速低附着路面等工况下进行仿真验证. 在仿真结果中，相比于基于全 局模型的路径跟踪控制器、基于局部模型的路径跟踪控制器以及Stanley路径跟踪控制器，基于时变局部模型的路径跟踪控 制器精确性更高，其位移误差绝对值不超过0.3342 m，航向误差绝对值不超过0.0913 rad. 关键词    无人驾驶；车辆；路径跟踪；局部坐标系；模型；预测控制 分类号    U471.15 Path tracking of unmanned vehicles based on the time-varying local model BAI Guo-xing 1,2)，ZHOU Lei1)，MENG Yu 1)苣，LIU Li 1)，GU Qing1,2)，WANG Guo-dong1) 1) School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Shunde Graduate School, University of Science and Technology Beijing, Shunde 528399, China 苣Corresponding author, E-mail: myu@ ABSTRACT    The development of unmanned vehicles has been extremely rapid in recent years. Unmanned vehicles require path tracking control. Based on mature mathematical modeling methods for unmanned vehicles, path tracking control research using model- based control methods, such as feedback linearization control, optimal control, and model predictive control, is very common. Currently, two types of model-based control methods are commonly used in the path tracking control of unmanned vehicles: based on global and local models. The path tracking control based on the global model has a coupling relationship between the longitudinal speed of the unmanned vehicle and the lateral displacement error and