基于双层控制策略的四轮独立转向无人驾驶汽车路径跟踪.pdf

２０２２年７月 第４３卷　第４期 Ｊｕｌｙ２０２２ Ｖｏｌ．４３　Ｎｏ．４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０２２．０４．００３　 开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）： 基于双层控制策略的四轮独立转向 无人驾驶汽车路径跟踪 李宇昊，赵又群 （南京航空航天大学 能源与动力学院，江苏 南京２１００１６） 摘要：为提高四轮独立转向（ｆｏｕｒｗｈｅｅｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｓｔｅｅｒｉｎｇ，４ＷＩＳ）无人驾驶汽车在路径跟踪时的 系统稳定性和跟踪精度，并改善轮胎磨损情况，提出了一种基于双层控制策略的路径跟踪控制算 法．上层为基于Ｐｏｐｏｖ超稳定性理论的模型参考自适应路径跟踪控制器．基于二自由度单轨模型推 导出路径跟踪误差状态方程，采用线性二次最优方法，解决了系统正向线性环节无法严格正实的 问题．求解Ｐｏｐｏｖ积分不等式，保证了系统的超稳定性．在下层控制器中，基于阿克曼转向定理，设 计了考虑轮胎侧偏的转角分配控制算法．在 ＣａｒＳｉｍ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ联合仿真平台中进行仿真试验，结果 表明：所设计的基于双层控制策略的路径跟踪控制算法能够高精度地完成路径跟踪任务，同时也 保证了四轮独立转向无人驾驶汽车的行驶稳定性，轮胎的磨损情况也能得到改善． 关键词：无人驾驶汽车；四轮独立转向；路径跟踪；Ｐｏｐｏｖ超稳定性理论；模型参考自适应控制 中图分类号：Ｕ４６１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１６７１－７７７５（２０２２）０４－０３８６－０８ 　 引文格式：李宇昊，赵又群．基于双层控制策略的四轮独立转向无人驾驶汽车路径跟踪［Ｊ］．江苏大学学报（自然科学版），２０２２， ４３（４）：３８６－３９３． Ｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｏｆ４ＷＩＳａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｖｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎ ｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ ＬＩＹｕｈａｏ，ＺＨＡＯＹｏｕｑｕｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｆｏｕｒｗｈｅｅｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｔｅｅｒｉｎｇ （４ＷＩＳ）ｕｎｍａｎｎｅｄｖｅｈｉｃｌｅｄｕｒｉｎｇｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｉｒｅｗｅａｒ，ｔｈｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅｕｐｐｅｒｌａｙｅｒｗａｓａｍｏｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｄａｐｔｉｖｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＰｏｐｏｖｈｙｐｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｗｏｄｅｇｒｅｅｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｌｉｎｅａｒｑｕａｄｒａｔｉｃｏｐｔｉｍａｌｍｅｔｈｏｄ ｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｌｉｎｅａｒｌｉｎｋｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｎｏｔｓｔｒｉｃｔｌｙｐｏｓｉｔｉｖｅｒｅａｌｉｔｙ． ＴｈｅＰｏｐｏｖｉｎｔｅｇｒａｌｉｎｅｑｕａｌｉｔｙｗａｓｓｏｌｖｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｈｙｐｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅｌｏｗｅｒｌａｙｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎＡｃｋｅｒｍａｎｎｓｔｅｅｒｉｎｇｔｈｅｏｒｅｍ，ｔｈｅａｎｇｌｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｃ