基于MPC的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

文中提出了一种基于模型预测控制的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法。首先,建立了由车辆轨迹跟踪侧向偏差、横摆角偏差与车辆质心侧偏角、横摆角速度构成的自动驾驶汽车轨迹跟踪误差状态空间方程;其次,构建了考虑轨迹跟踪精度和前轮转角变化率的目标函数;然后,设计了包括汽车前轮转角极限值与前轮转角变化率的汽车转向系统执行机构物理约束条件,并采用二次规划方法求解实现轨迹跟踪控制的前轮转角;并进行变质量和变侧偏刚度鲁棒性验证。最后,通过仿真试验、硬件在环试验与实车测试对文中提出轨迹跟踪控制算法进行验证。仿真测试结果表明,相比于LQR轨迹跟踪控制器,文中提出的MPC轨迹跟踪控制器的峰值横向误差7.4%,并且对于质心侧偏角的控制效果更好。硬件在环试验结果表明,在高速高附着工况下文中所提方法具有良好的轨迹跟踪精度和车辆稳定性。实车测试结果表明文中所提方法能够在低速工况下实现单移线、双移线的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制。