用于路径跟踪的几种不同形式的车辆运动学模型

主要观点总结

本文介绍了在自动驾驶车辆路径跟踪控制系统设计中常用的几种车辆运动学模型，包括基于前轴中心、后轴中心、轴上任意一点、质心以及Frenet坐标系下的运动学模型，并对每种模型进行了详细的推导和解释。

关键观点总结

关键观点1: 介绍了几种常用的车辆运动学模型

文章详细描述了六种不同的车辆运动学模型，包括基于前轴中心、后轴中心、轴上任意一点、质心以及Frenet坐标系下的模型等。

关键观点2: 对每种模型进行了详细的推导

文章不仅介绍了每种模型的基本概念，还通过数学公式详细推导了这些模型，展示了它们如何应用于自动驾驶车辆路径跟踪控制系统设计中。

关键观点3: 文章强调了运动学模型在自动驾驶中的应用

文章通过介绍这些运动学模型在自动驾驶中的应用，说明了它们在路径跟踪控制系统设计中的重要作用，尤其是在车道保持和GPS循迹行驶中。

文章预览

在自动驾驶车辆路径跟踪控制系统设计中，经常使用车辆的运动学模型，这种模型完全基于车辆运动特性的几何关系建立，不考虑影响运动的力特性，使用时模型简单，便于分析。 本文将介绍几种常用的车辆运动学模型。 1、以前轴中心为车辆中心的运动学模型 图1 车辆模型 其中， 为前轮转向角， 为横摆角， 为车辆前轴速度， 为前轮转角速度，f为前轴中心，r为后轴中心，v为后轴的速度，e为轴上任意一点到后轴中心的距离。 由勾股定理可知： 其中，R为转弯半径，L为轴距。 刚体的角速度等于它的线速度除以线速度到速度瞬心的距离R，即： 把(4)带入(5)中可得： 以前轴中心为车辆中心的运动学模型如下所示： 2、以后轴中心为车辆中心的运动学模型 把前轴中心的坐标转化为后轴中心的坐标: 式(8)对t求导可得： 将式(1)、式(2)和式(6)带入上式可得 ………………………………