工程科学学报.第43卷，第4期：475-485.2021年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.4:475-485,April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.12.003;http://cje.ustb.edu.cn 无人驾驶车辆路径跟踪控制研究现状 白国星”，孟宇)区，刘立)，顾青2，王国栋)，周碧宁) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)北京科技大学顺德研究生院.顺德528300 ☒通信作者，E-mail:myu@ustb.edu.cn 摘要近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛，研究者们发表了大量的研究成果.考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控 制存在一些共性的技术问题与解决思路，从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回 顾.在关于低速路径跟踪控制的研究工作中，研究者们较为重视前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪精确性的影响.目 前减少系统约束影响的方法包括在规划参考路径时将系统约束纳入考虑，采用预瞄控制使控制器提前响应，以及采用线性模 型预测控制(LMPC)或非线性模型预测控制(NMPC)等模型预测控制方法作为路径跟踪控制方法等.考虑到NMPC既能减 少系统约束的影响，又无需人为设置预瞄距离，且对定位误差等扰动因素具有较强的鲁棒性，加之低速路径跟踪控制对实时 性的需求较低，因此可以认为NMPC能够满足低速路径跟踪控制的绝大多数需求.高速路径跟踪控制在受系统约束影响之 外，还面临着较高车速带来的行驶稳定性不足问题的挑战，因此常采用能够将动力学层面的复杂系统约束纳入考虑且计算成 本较低的LMPC作为路径跟踪控制方法.不过仅采用动力学层面的LMP℃控制方法无法完全解决高速路径跟踪控制中路径 跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在耦合的问题，目前常见的解决思路是在路径跟踪控制中加入额外的速度调节或权重 分配模块.此外，在高速路径跟踪控制中，地面附着系数等环境参数的影响也较大，因此地面附着系数等环境参数的估算也 成为了高速路径跟踪控制领域的重要研究方向 关键词无人驾驶：车辆：路径跟踪：系统约束：跟踪精确性：行驶稳定性 分类号U471.15 Current status of path tracking control of unmanned driving vehicles BAI Guo-xing,MENG Yu,LIU Li,GU Qing2),WANG Guo-dong ZHOU Bi-ning) 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Shunde Graduate School of University of Science and Technology Beijing,Shunde 528300.China Corresponding author,E-mail:myu@ustb.edu.cn ABSTRACT Path tracking control is a key technology in the hierarchical unmanned driving system.Its function is to control the vehicle so that it drives along the reference path given by the path planning system.The information such as the position and posture of the vehicle required for path tracking control is provided by the perception and positioning system.In recent years,the development of path tracking control has been very rapid,and researchers have published considerable research.As there are some common technical problems and solutions in path tracking control under the same or similar scenarios,recent research results are reviewed from the perspective of both low-speed and high-speed path tracking control.In the research of low-speed path tracking control,researchers pay more attention to the influence of system constraints on the accuracy of path tracking such as front-wheel angle speed.At present, methods to reduce the influence of system constraints include:(1)taking the system constraints into consideration when planning a reference path;(2)using preview control to make the controller respond early;and(3)using model predictive control methods,such as 收稿日期：2020-11-12 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2018YFE0192900.2018YFC0604403.2018YFC0810500.2019YFC0605300):广东省基础与应用基础 研究基金资助项目(2019A1515111015):中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-20-052A1)无人驾驶车辆路径跟踪控制研究现状 白国星1)，孟    宇1) 苣，刘    立1)，顾    青1,2)，王国栋1)，周碧宁1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083    2) 北京科技大学顺德研究生院，顺德 528300 苣通信作者，E-mail：myu@ustb.edu.cn 摘    要    近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛，研究者们发表了大量的研究成果. 考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控 制存在一些共性的技术问题与解决思路，从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回 顾. 在关于低速路径跟踪控制的研究工作中，研究者们较为重视前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪精确性的影响. 目 前减少系统约束影响的方法包括在规划参考路径时将系统约束纳入考虑，采用预瞄控制使控制器提前响应，以及采用线性模 型预测控制（LMPC）或非线性模型预测控制（NMPC）等模型预测控制方法作为路径跟踪控制方法等. 考虑到 NMPC 既能减 少系统约束的影响，又无需人为设置预瞄距离，且对定位误差等扰动因素具有较强的鲁棒性，加之低速路径跟踪控制对实时 性的需求较低，因此可以认为 NMPC 能够满足低速路径跟踪控制的绝大多数需求. 高速路径跟踪控制在受系统约束影响之 外，还面临着较高车速带来的行驶稳定性不足问题的挑战，因此常采用能够将动力学层面的复杂系统约束纳入考虑且计算成 本较低的 LMPC 作为路径跟踪控制方法. 不过仅采用动力学层面的 LMPC 控制方法无法完全解决高速路径跟踪控制中路径 跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在耦合的问题，目前常见的解决思路是在路径跟踪控制中加入额外的速度调节或权重 分配模块. 此外，在高速路径跟踪控制中，地面附着系数等环境参数的影响也较大，因此地面附着系数等环境参数的估算也 成为了高速路径跟踪控制领域的重要研究方向. 关键词    无人驾驶；车辆；路径跟踪；系统约束；跟踪精确性；行驶稳定性 分类号    U471.15 Current status of path tracking control of unmanned driving vehicles BAI Guo-xing1) ，MENG Yu1) 苣 ，LIU Li1) ，GU Qing1,2) ，WANG Guo-dong1) ，ZHOU Bi-ning1) 1) School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Shunde Graduate School of University of Science and Technology Beijing, Shunde 528300, China 苣 Corresponding author, E-mail: myu@ustb.edu.cn ABSTRACT    Path  tracking  control  is  a  key  technology  in  the  hierarchical  unmanned  driving  system.  Its  function  is  to  control  the vehicle so that it drives along the reference path given by the path planning system. The information such as the position and posture of the vehicle required for path tracking control is provided by the perception and positioning system. In recent years, the development of path tracking control has been very rapid, and researchers have published considerable research. As there are some common technical problems  and  solutions  in  path  tracking  control  under  the  same  or  similar  scenarios,  recent  research  results  are  reviewed  from  the perspective of both low-speed and high-speed path tracking control. In the research of low-speed path tracking control, researchers pay more  attention  to  the  influence  of  system  constraints  on  the  accuracy  of  path  tracking  such  as  front-wheel  angle  speed.  At  present, methods  to  reduce  the  influence  of  system  constraints  include:  (1)  taking  the  system  constraints  into  consideration  when  planning  a reference path; (2) using preview control to make the controller respond early; and (3) using model predictive control methods, such as 收稿日期: 2020−11−12 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2018YFE0192900，2018YFC0604403，2018YFC0810500，2019YFC0605300）；广东省基础与应用基础 研究基金资助项目（2019A1515111015）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（FRF-TP-20-052A1） 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期：475−485，2021 年 4 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 4: 475−485, April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.12.003; http://cje.ustb.edu.cn