基于道路曲率的自动驾驶车辆转向控制仿真分析



基于道路曲率的自动驾驶车辆转向控制仿真分析

提出了一种通过控制转向速率而不是转向角的自动驾驶车辆转向控制方法。这一方法利用路线曲率和侧偏角之间的关系，并从相关轨迹中提取出转向速率需求值。这一方法不仅能够应用于从期望轨迹中提取的规定转向控制，而且可以应用于运动中车辆瞬时规划的轨迹需求。提取出的转向速率作为车辆控制器的输入参数来改变车辆前轮转向角。

针对以下4种工况进行了仿真分析。

（1）直角弯左转。车辆以15km/h的恒定速度行驶，在参考轨迹上放置了43个道路参考点，车辆行驶174m。

（2）锐角弯左转。车辆以15km/h的恒定速度行驶，在参考轨迹上放置了40个道路参考点，车辆行驶162m。

（3）双移线试验。试验在自动行驶车辆超越前车或者避免前方障碍物时进行，道路宽度根据韩国高速公路设计标准选择为3.5m。

（4）真实道路轨迹。选择韩国延世大学国际公寓周围的一段道路，道路参考点通过RTKDGPS（实时运动微分全球定位系统）来采集获得。试验中，车辆以35km/h的恒定速度行驶。这段道路包括3段直线和2个直角弯。行驶总距离为729.1m。

利用Matlab对提出的车辆动力学模型和转向控制方法进行仿真分析。首先，根据工况1、2、4给定的轨迹提取出路线曲率，并根据提取出的路线曲率计算出侧偏角和转向速率。针对工况3，首先规划出一个虚拟路径，然后根据这一虚拟路径提取出路线曲率，进而求出控制器的输入-转向速率。

为了验证所提出的转向速率控制转向方法的可行性，使用RTK-DGPS（实时运动微分全球定位系统）、无线通信接口和车辆控制器的小尺寸无人模型车进行了试验，试验道路宽度为85cm。通过试验结果分析可知，所提出的转向控制方法具有很好的效果。

Il Bae, et al. 2013 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), Australia- June 23-26, 2013.

编译：路顺杰