基于WOA-LQR的智能车辆路径跟踪控制

来源：南京信息工程大学学报·自然科学版杂志2025年第3期北京时间：

作者：张闯，赵奉奎，张涌，张伟

单位：张闯,南京林业大学 汽车与交通工程学院, 南京, 210037,赵奉奎,南京林业大学 汽车与交通工程学院, 南京, 210037,张涌,南京林业大学 汽车与交通工程学院, 南京, 210037,张伟,江苏省特种设备安全监督检验研究院吴江院, 苏州, 215200

摘要：针对无人驾驶车辆在特殊行驶工况(冰雪路面、雨天路面、高速换道)下路径跟踪控制精度差的问题,本文设计了一种基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)的LQR控制器(WOA-LQR).首先,基于二自由度车辆动力学模型建立跟踪误差模型,以此为基础设计离散LQR控制器,并采用前馈控制消除由于系统简化带来的误差.同时,为解决固定权重系数下的LQR控制器对特殊行驶工况适应性差导致跟踪精度低、车辆失稳的问题,在以横向误差、航向角误差作为评价指标的基础上,考虑车辆侧向加速度和前轮转角对车辆维持稳定的影响,并对评价指标设定相应的权重系数,设计了目标值最小的适应度函数,提出一种基于鲸鱼算法优化的LQR自适应权重系数调节策略.最后,通过Carsim/Simulink 联合仿真对WOA-LQR控制器在不同工况下进行路径跟踪仿真实验.结果表明:本文提出的控制策略在复杂行驶工况下有着良好的跟踪效果,显著提升了车辆在路径跟踪过程中的控制精度,具有较强的鲁棒性.

关键词：无人驾驶车辆;路径跟踪控制;线性二次型调节器;前馈控制;鲸鱼优化算法

基金资助：江苏省重点研发计划(产业前瞻与关键核心技术)(BE2022053-2);江苏省重点研发计划(现代农业)(BE2021339);南京林业大学青年科技创新基金(CX2019018);江苏省特种设备安全监督检验研究院吴江院项目(KI(Y)2023042)