31、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. 仿真模型介绍

为了测试所提出的控制系统，构建了一个具有七个自由度的非线性自动驾驶车辆仿真模型。该模型考虑了车辆的纵向、横向和横摆运动以及四个车轮的旋转，而忽略了车辆的垂直、侧倾和俯仰动力学以及轮胎的垂直运动。

模型主要由以下几个部分组成：
- 速度控制系统：包含节气门和制动切换决策算法，以及PID类型的节气门和制动低级控制器，用于生成节气门和制动控制信号（以百分比表示）。
- 内燃机、传动和制动系统：包括发动机映射和方程、变矩器和传动方程、基于车速的自动换挡逻辑以及制动力矩计算模块，用于计算传递到车轮的扭矩。
- 轮胎和车辆动力学系统：通过一系列方程描述车辆的动力学特性，如运动方程、纵向力方程、轮胎力计算等。
- 路径跟踪控制系统：根据参考路径和车辆当前状态生成控制信号。
- 线控转向执行器模型：用于实现自动转向功能。

下面是该仿真模型的主要方程：
- 运动方程 ：
- 横向运动：$m \dot{V} y + rV_x = \sum {i=f,r} F_{xi} \sin\delta_i + F_{yi} \cos\delta_i$
- 纵向运动：$m \dot{V} x - rV_y = \sum {i=f,r} F_{xi} \cos\delta_i - F_{yi} \sin\delta_i + (F_{aero} + F_{rr} + F_{sl})$
- 横摆运动：$I_z\dot{r} = l_f (F_{yf} \cos\delta_f + F_{xf