30、自动驾驶车辆路径跟踪控制系统设计与分析

自动驾驶车辆路径跟踪控制系统设计与分析

1. 引言

自动驾驶车辆技术正飞速发展，改变着交通运输方式。在过去二十年里，该领域取得了诸多成功的理论和实践成果。这是一个极具吸引力的多学科研究领域，涵盖了工程学的不同主题。控制系统的设计、分析和实现，与感知、定位和路径规划一样，都是这项技术的重要组成部分。

自动驾驶车辆控制系统可分为纵向和横向自动化。路径跟踪控制是横向自动化的主要部分，接下来将从控制工程的角度对其进行研究。路径跟踪控制系统通过最小化车辆在预览距离处与参考路径的横向偏差，自动操纵自动驾驶车辆的车轮，以跟踪期望路径。这种横向偏差可通过磁标记参考系统、基于视觉的传感器以及基于全球导航卫星系统（GNSS）的计算来获取。

早期关于路径跟踪控制系统的研究可追溯到 20 世纪 90 年代。1990 年，Ackermann 和 Guldner 为公交车提出了一种鲁棒的 PIDD2 自动转向控制系统，该系统使用位移传感器测量公交车与参考路径（磁轨）的横向偏差，此研究仅使用了前位移传感器。在另一项研究中，基于不变平面的鲁棒参数空间方法被应用于类似问题，通过测量车辆前后与参考路径的位移来进行控制，并在安装了磁铁的测试轨道上成功进行了实验测试。2002 年，Aksun Guvenc 和 Guvenc 针对城市公交车自动转向控制的基准问题，提出了一种基于离散时间干扰观测器的控制系统，并给出了离散时间干扰观测器设计的详细信息，包括替代实现方案。

近十年来，由于微处理器和传感器技术的快速发展，自动驾驶车辆路径跟踪控制的研究再次加速，相关研究成果不断涌现。例如，Choi 提出了一种基于线性矩阵不等式（LMI）的 H∞ 控制器，该控制器使用预览距离处的横向偏差和偏航角误差作为反馈信号，