CN109683614A - 用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法，其包含：基于预设行驶路径，实时获取无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差；构建针对无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据行驶误差、车速以及预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角；将路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对无人矿用车辆进行路径控制。本发明极大地提高了对各种工况的自适应性以及对外界干扰的鲁棒性，适合矿山车辆及矿山道路，路径跟踪控制效果好，始终保持较小的误差。

Description

用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，具体地说，涉及一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置。

背景技术

路径跟踪控制是自动驾驶车辆体系结构中的底层控制系统，其性能的好坏直接影响到自动驾驶车辆的智能行为的执行能力。主要内容是设计控制器确保车辆按照预先设计好的轨迹准确行驶，该预设轨迹由车载电脑通过传感器、通讯设备等获得的道路信息经过计算而得，跟踪控制系统通常会对车辆的横向(转向)和纵向(车速)进行控制。

目前的无人驾驶车辆路径跟踪方法都存在一些缺陷，因此，本发明提供了一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置，可以实现较小的控制误差，并且对各类工况具有自适应性，同时保证控制算法运行的稳定性和实时性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法，所述方法包含以下步骤：

基于预设行驶路径，实时获取所述无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差；

构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据所述行驶误差、车速以及所述预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角；

将所述路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将所述车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制。

根据本发明的一个实施例，通过获取的所述无人矿用车辆的速度以及横摆角速度，计算得到所述无人矿用车辆的航向角以及位置坐标，其中，所述航向角以及所述位置坐标属于所述状态参数。

根据本发明的一个实施例，所述行驶误差包含航向偏差以及侧向位移偏差，计算得到行驶误差的步骤中，还包含以下步骤：

在所述预设行驶路径上，将距离所述无人矿用车辆最近的点作为道路参考点；

依据所述道路参考点以及所述无人矿用车辆的前进方向，确定道路参考航向角，结合所述航向角得到所述无人矿用车辆的航向偏差；

依据所述位置坐标以及所述道路参考点的坐标，得到所述无人矿用车辆的侧向位移偏差。

根据本发明的一个实施例，构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程的步骤中，还包含以下步骤：

确定如下所示的等效位移误差：

A＝e_y(t)+l_ssin(Δψ(t))

其中，A表示等效位移误差，t表示时间，e_y(t)表示侧向位移偏差，l_s表示预瞄距离，Δψ(t)表示航向偏差；

基于所述等效位移误差，得到当所述无人矿用车辆在直线道路行驶时，如下所示的虚拟地形场横截面高度的计算表达式：

H＝k_PH×A²

其中，H表示虚拟地形场横截面高度，k_PH表示路面高度系数；

得到如下关于路面倾侧角的函数关系式：

θ_le＝2k_PH×A

其中，θ_le表示路面倾侧角。

根据本发明的一个实施例，当所述无人矿用车辆转弯行驶时，通过以下公式调整虚拟地形场的倾斜角度，消除所述无人矿用车辆转向过程中离心力造成的质心侧偏影响：

其中，θ_eqr表示虚拟地形场的向内侧倾角度，v表示车速，R表示预设行驶路径的转弯半径，g表示重力加速度；

通过以下公式更新路面倾侧角的数值：

其中，θ_x表示更新后的路面倾侧角，表示前轮转角。

根据本发明的一个实施例，通过以下公式得到所述补偿转角：

其中，表示补偿转角，L表示无人矿用车辆的轴距，R表示预设行驶路径的转弯半径，K₂表示无人矿用车辆的不足转向梯度，v表示车速。

根据本发明的一个实施例，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制的步骤中，还包含以下步骤：

通过所述目标车轮转角控制所述无人矿用车辆的方向盘转角；

基于所述方向盘转角，计算临界速度，根据建立的矿用车动力学模型，设计控制算法自动调节驱动力拒的大小，实现对目标车速的控制。

根据本发明的一个实施例，得到所述方向盘转角的步骤包含：

通过以下公式计算得到经过转向器计量马达的油液体积：

其中，ΔV_m表示经过转向器计量马达的油液体积，A_p与A_r分别表示转向油缸内无杆腔和有杆腔的横截面积，k_AMP表示流量放大比，X_L以及X_R分别表示左右转向油缸的位移，可表示为与前轮转角相关的函数；

通过经过转向器计量马达的油液体积以及理论弧度排量计算得到所述方向盘转角：

其中，φ_sw0表示方向盘转角，D_m表示理论弧度排量。

根据本发明的一个实施例，采用固定传动比与反馈控制相结合的方式对所述方向盘转角进行控制，具体包含：

计算固定传动比，并通过PID控制器根据目标折腰角与无人矿用车辆实际折腰角之间的误差对所述方向盘转角进行动态修正，从而使实际的车体折腰角跟踪折腰角的目标值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制装置，所述装置包含：

行驶误差模块，其用于基于预设行驶路径，实时获取所述无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差；

路面倾侧角模块，其用于构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据所述行驶误差、车速以及所述预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角；

目标车轮转角模块，其用于将所述路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将所述车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制。

本发明提供的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置首先计算出车辆当前误差，之后设计虚拟地形场横截面函数，然后通过虚拟地形场转换成目标车轮转角，最后通过计算得出需要的方向盘转角量用于控制车辆运动轨迹。极大地提高了对各种工况的自适应性以及对外界干扰的鲁棒性，特别适合矿山车辆及矿山道路；并且路径跟踪控制效果好，始终保持较小的误差。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法流程图；

图2显示了一种U型截面的虚拟地形场示意图；

图3显示了无人矿用车辆在虚拟地形场环境的示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法计算得到行驶误差的流程图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法进行方向盘转角控制的原理图；

图6显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制原理图；

图7显示了根据本发明的另一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法流程图；

图8以及9显示了本发明提出的控制方法与其他两种控制方法的控制效果对比图；以及

图10显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

在自动驾驶车辆的路径跟踪方面，控制方法主要有PID控制、前馈-反馈控制、线性二次型调节器LQR跟踪控制和基于势能场的方法等。

PID控制器是一种在工程上广泛应用的线性控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。PID控制器的控制算法简单，使用中不需精确的系统模型等先决条件。

前馈-反馈跟踪控制是采用较多的一类跟踪控制方法，前馈控制器主要进行参考路径曲率变化的干扰量补偿，反馈控制主要通过根据车辆状态反馈调整控制输入使得扰动和模型误差对跟踪的影响最小化，使车辆更接近期望路径并保持稳定。

线性二次型调节器(LQR)是基于最优化原理建立的反馈控制器。LQR控制器是在滚动时域的每一采样时刻，通过实时对跟踪误差系统进行线性化得到线性化模型，并利用该模型通过求解LQR问题获得状态反馈控制率实现轨迹跟踪。

PID控制器原理通俗易懂，控制器设计简单，但控制参数对车辆参数变化非常敏感，车辆其它状态参数或者参考路径参数的变化也会引起控制效果的变化；前馈-反馈跟踪控制常用于无人驾驶车辆的横向跟踪控制，但无法克服鲁棒性差的缺点。LQR控制器比较适合用于高速公路上的无人驾驶和大部分城市场景下的路径跟踪，但这种方法没有考虑参考路径形状对控制系统的影响，在突变曲率输入情况下会有超调，甚至无法保证系统的稳定性。

基于势能场的方法比较有效的解决了上述问题，通过对机器人实时虚拟路径的分析计算得到基础速度分解量，然后进一步通过势能场中机器人路径预测来得到最有速度分解量，获得与预设路径最为贴近的跟踪路径。该算法能够极大的提高计算效率，降低对计算机硬件的要求，但也有一定的缺点，势能数值大小需要反复调节测试、以获得合适的值，且对不同工况/不同控制对象需要重新修改势能值，无法实现控制算法的自适应性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种如图1所示的路径跟踪控制方法，可以实现较小的控制误差，并且对各类工况具有自适应性，同时保证控制算法运行的稳定性和实时性。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法流程图。

本发明的基本设定为，假设沿预设行驶路径方向存在一条虚拟的U型截面道路场，预设行驶路径处于U型截面的最低处，如图2所示。当车辆偏移参考路线时，处于虚拟斜坡路面上的矿用车将在重力的作用下逐渐回到最低位置，如图3所示。之后结合重力在斜坡路面的分力与车辆的力学模型可得出相应的车轮转角控制量。

在进行车辆路径控制时，在步骤S101中，基于预设行驶路径，实时获取无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差。

在一个实施例中，状态参数包含航向角以及位置坐标。得到航向角以及位置坐标的方式可以是：通过获取的无人矿用车辆的速度以及横摆角速度，计算得到无人矿用车辆的航向角以及位置坐标。速度可以包含横向速度V_xi以及纵向速度V_yi。

另外，行驶误差包含航向偏差以及侧向位移偏差，可以采用如图4所示的方法计算得到行驶误差。图4显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法计算得到行驶误差的流程图。

首先，在步骤S401中，在预设行驶路径上，将距离无人矿用车辆最近的点作为道路参考点。如图2所示，在U型虚拟地形场中，O点为距离无人矿用车辆最近的点，因此，在图2中，道路参考点为O点。进一步地，可以道路参考点可以通过参数最优与插值法得出，本发明不对此作出限制。

接着，在步骤S402中，求得航向偏差，具体为依据道路参考点以及无人矿用车辆的前进方向，确定道路参考航向角，结合航向角得到无人矿用车辆的航向偏差。

然后，在步骤S403中，求得侧向位移偏差，具体为依据位置坐标以及道路参考点的坐标，得到无人矿用车辆的侧向位移偏差。

得到无人矿用车辆的行驶误差后，在步骤S102中，构建针对无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据行驶误差、车速以及预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角。

在一个实施例中，通过以下步骤构建针对无人矿用车辆的虚拟地形场方程：

首先，确定如下所示的等效位移误差：

A＝e_y(t)+l_ssin(Δψ(t))

其中，A表示等效位移误差，t表示时间，e_y(t)表示侧向位移偏差，l_s表示预瞄距离，Δψ(t)表示航向偏差；

然后，基于等效位移误差，得到当无人矿用车辆在直线道路行驶时，如下所示的虚拟地形场横截面高度的计算表达式：

H＝k_PH×A²

其中，H表示虚拟地形场横截面高度，k_PH表示路面高度系数；

最后，得到如下关于路面倾侧角的函数关系式：

θ_le＝2k_PH×A

其中，θ_le表示路面倾侧角。

基于上述路面倾侧角的函数表达式，就可以依据行驶误差计算得到路面倾侧角。

在一个实施例中，当无人矿用车辆转弯行驶时，通过以下公式调整虚拟地形场的倾斜角度，消除无人矿用车辆转向过程中离心力造成的质心侧偏影响：

其中，θ_eqr表示虚拟地形场的向内侧倾角度，v表示车速，R表示预设行驶路径的转弯半径，g表示重力加速度；

通过以下公式更新路面倾侧角的数值：

其中，θ_x表示更新后的路面倾侧角，表示前轮转角。

最后，在步骤S103中，将路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对无人矿用车辆进行路径控制。

在矿山车辆直线行驶时，车辆行驶误差将完全通过虚拟地形场进行控制，即步骤S103中通过车轮转角控制量来补偿误差；转弯时，车辆偏差由虚拟地形场与曲率偏差控制量同时控制，即相当于将转弯时的偏差分解为圆周行驶的曲率偏差和直线行驶的等效偏差。因此，步骤S103中的补偿转角是为了补偿无人矿用车辆在转弯行驶时的曲率偏差。

在一个实施例中，可以通过以下公式得到补偿转角：

其中，表示补偿转角，L表示无人矿用车辆的轴距，R表示预设行驶路径的转弯半径，K₂表示无人矿用车辆的不足转向梯度，v表示车速。

在一个实施例中，通过如下步骤对无人矿用车辆进行路径控制：首先，通过目标车轮转角控制无人矿用车辆的方向盘转角。然后，基于方向盘转角，计算临界速度，根据建立的矿用车动力学模型，设计控制算法自动调节驱动力拒的大小，实现对目标车速的控制。

另外，得到方向盘转角的步骤包含：首先，通过以下公式计算得到经过转向器计量马达的油液体积：

其中，ΔV_m表示经过转向器计量马达的油液体积，A_p与A_r分别表示转向油缸内无杆腔和有杆腔的横截面积，k_AMP表示流量放大比，X_L以及X_R分别表示左右转向油缸的位移，可表示为与前轮转角相关的函数；

然后，通过经过转向器计量马达的油液体积以及理论弧度排量计算得到方向盘转角：

其中，φ_sw0表示方向盘转角，D_m表示理论弧度排量。

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法进行方向盘转角控制的原理图。如图5所示，计算固定传动比，并通过PID控制器根据目标折腰角与无人矿用车辆实际折腰角之间的误差对方向盘转角进行动态修正，从而使实际的车体折腰角跟踪折腰角的目标值。

计算固定传动比k_i的公式如下：

式中，表示前轮转角。

图6显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制原理图。

首先，需要计算车辆行驶误差，根据矿山车辆模型可以直接求解得出车辆沿各个方向的速度和横摆角速度等参数，据此可进一步求出车辆实时航向角、以及位置等参数。

在车辆行驶误差计算之前，首先需要在参考路径(预设行驶路径)上找出距离车辆坐标最近的点，即道路参考点，该点可通过参数最优与插值法得出。在道路参考点处做切线并结合车辆的前进方向，可得出道路参考航向角，可求出航向偏差。根据车辆位置坐标与道路参考点的坐标可求出侧向位移偏差e_y的大小。

然后，设计虚拟地形场横截面函数。在矿山车辆直线行驶时，车辆行驶误差将完全通过虚拟地形场进行控制。转弯时，车辆偏差由虚拟地形场与曲率偏差控制量同时控制，即相当于将转弯时的偏差分解为圆周行驶的曲率偏差和直线行驶的等效偏差。

航向角偏差对车辆的位置误差有潜在的影响，于是将航向角偏差与预瞄距离的乘积与侧向位移偏差叠加，作为等效位移误差。

在直线道路行驶时，矿用车的虚拟地形场横截面高度定义为关于中心点对称的二次函数：

H(q(t+△t))＝k_PH(e_y(t)+l_s△ψ(t))²

其中，H表示虚拟地形场横截面高度，t表示时间，e_y(t)表示侧向位移偏差，l_s表示预瞄距离，Δψ(t)表示航向偏差。

路面倾侧角θ_le为：

式中，k_PH为路面高度系数。

在转弯道路行驶时，存在轮胎侧偏的问题，需要控制车辆质心侧偏问题，可以将转向时虚拟地形场整体向内侧倾一定角度，从而消除转向过程中离心力造成的质心侧偏的影响。

接着，进行虚拟地形场与目标车轮转角的转换。由于虚拟地形场本身并不存在，不会直接对矿山车辆产生作用，因而需要将虚拟地形场的路面倾角函数转换为与车辆相关的轮胎力，进而根据车辆动力学模型求出需要的车轮转角控制量，最后再与补偿转角叠加得出目标车轮转角。

然后，控制方向盘转角。矿山车辆的方向盘转角与车体车轮转角不完全符合线性比例关系，在转向操作过程中会出现方向盘与车轮转角不能同时回正的问题。本发明提出通过固定传动比计算值作为基本控制转角，设计PID反馈控制器对转角进行动态调整，如图5所示。

最后，进行车速控制。通过稳态转向时侧翻力学模型计算临界速度，根据建立的矿用车动力学模型，设计PID控制算法自动调节驱动力拒的大小，实现对目标车速的控制。

如图6所示，首先通过地图给出的参考路径和传感器测量得出的车辆状态参数(如车辆坐标、航向角等)计算出车辆当前误差，包括侧向位置误差、航向角误差和曲率误差等；之后给出由基本地形和动态可变地形确定的虚拟地形场方程；根据虚拟地形场中车辆侧倾产生的轮胎侧向力和车辆动力学模型，可计算出主要车轮转角，再与补偿转角叠加得出目标车轮转角；最后通过计算得出需要的方向盘转角量用于控制车辆运动轨迹。

图7显示了根据本发明的另一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法流程图。

如图7所示，无人矿用车辆路径跟踪控制方法详细步骤如下：

首先，根据车辆模型得出矿山车辆沿各个方向的速度V_xi、V_yi和横摆角速度ωzi等参数，进一步求出车辆实时航向角、位置等参数；在参考路径上找出距离车辆坐标最近的点，即道路参考点，该点通过参数寻优与插值法得出；

在道路参考点处做切线并结合车辆的前进方向，得出道路参考航向角，从而得出车辆的航向偏差，根据位置坐标和道路参考点的坐标得出侧向位移偏差。

然后，设计虚拟地形场横截面函数。将航向角偏差与预瞄距离的乘积与侧向位移误差叠加，作为等效位移误差。在直线道路行驶时，矿用车的虚拟地形场横截面高度定义为关于中心点对称的二次函数，进而得到路面倾侧角函数表达式。转弯道路行驶时，将转向时虚拟地形场整体向内侧倾一定角度，消除转向过程中离心力造成的质心侧偏影响。

接着，虚拟地形场与目标车轮转角的转换。将虚拟地形场的路面倾角函数转换为矿山车辆相关的轮胎力。根据车辆动力学模型求出需要的车轮转角控制量。将车轮转角控制量与补偿转角叠加得出目标车轮转角。

最后，控制方向盘转角以及车速。

图8以及9显示了本发明提出的控制方法与其他两种控制方法的控制效果对比图。图8为在空载状态下，对于环形道路进行侧向偏差控制时的效果对比图。图9为在满载状态下，对于环形道路进行侧向偏差控制时的效果对比图。其中，在图8以及图9中，在10km/h、20km/h以及30km/h各节点处，第一列代表虚拟地形场方法(VTF)，即本发明所提出的的控制方法，第二列代表前馈+预瞄反馈控制控制方法(PFB)，第三列代表比例-积分-微分控制方法(PID)。如图8以及图9所示，本发明提出的路径跟踪控制算法误差最小，优势显著。

图10显示了根据本发明的一个实施例的用于无人矿用车辆的车辆路径控制装置结构框图。如图10所示，路径控制装置包含行驶误差模快1001、路面倾侧角模块1002以及目标车轮转角模块1003。

其中，行驶误差模块1001用于基于预设行驶路径，实时获取无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差。路面倾侧角模块1002用于构建针对无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据行驶误差、车速以及预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角。目标车轮转角模块1003用于将路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对无人矿用车辆进行路径控制。

本发明提供的用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法及装置首先计算出车辆当前误差，之后设计虚拟地形场横截面函数，然后通过虚拟地形场转换成目标车轮转角，最后通过计算得出需要的方向盘转角量用于控制车辆运动轨迹。极大地提高了对各种工况的自适应性以及对外界干扰的鲁棒性，特别适合矿山车辆及矿山道路；并且路径跟踪控制效果好，始终保持较小的误差。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

基于预设行驶路径，实时获取所述无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差；

构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据所述行驶误差、车速以及所述预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角；

将所述路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将所述车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过获取的所述无人矿用车辆的速度以及横摆角速度，计算得到所述无人矿用车辆的航向角以及位置坐标，其中，所述航向角以及所述位置坐标属于所述状态参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述行驶误差包含航向偏差以及侧向位移偏差，计算得到行驶误差的步骤中，还包含以下步骤：

在所述预设行驶路径上，将距离所述无人矿用车辆最近的点作为道路参考点；

依据所述道路参考点以及所述无人矿用车辆的前进方向，确定道路参考航向角，结合所述航向角得到所述无人矿用车辆的航向偏差；

依据所述位置坐标以及所述道路参考点的坐标，得到所述无人矿用车辆的侧向位移偏差。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程的步骤中，还包含以下步骤：

确定如下所示的等效位移误差：

A＝e_y(t)+l_ssin(Δψ(t))

其中，A表示等效位移误差，t表示时间，e_y(t)表示侧向位移偏差，l_s表示预瞄距离，Δψ(t)表示航向偏差；

基于所述等效位移误差，得到当所述无人矿用车辆在直线道路行驶时，如下所示的虚拟地形场横截面高度的计算表达式：

H＝k_PH×A²

其中，H表示虚拟地形场横截面高度，k_PH表示路面高度系数；

得到如下关于路面倾侧角的函数关系式：

θ_le＝2k_PH×A

其中，θ_le表示路面倾侧角。

5.如权利要求4所示的方法，其特征在于，当所述无人矿用车辆转弯行驶时，通过以下公式调整虚拟地形场的倾斜角度，消除所述无人矿用车辆转向过程中离心力造成的质心侧偏影响：

其中，θ_eqr表示虚拟地形场的向内侧倾角度，v表示车速，R表示预设行驶路径的转弯半径，g表示重力加速度；

通过以下公式更新路面倾侧角的数值：

其中，θ_x表示更新后的路面倾侧角，表示前轮转角。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式得到所述补偿转角：

其中，表示补偿转角，L表示无人矿用车辆的轴距，R表示预设行驶路径的转弯半径，K₂表示无人矿用车辆的不足转向梯度，v表示车速。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制的步骤中，还包含以下步骤：

通过所述目标车轮转角控制所述无人矿用车辆的方向盘转角；

基于所述方向盘转角，计算临界速度，根据建立的矿用车动力学模型，设计控制算法自动调节驱动力拒的大小，实现对目标车速的控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，得到所述方向盘转角的步骤包含：

通过以下公式计算得到经过转向器计量马达的油液体积：

其中，ΔV_m表示经过转向器计量马达的油液体积，A_p与A_r分别表示转向油缸内无杆腔和有杆腔的横截面积，k_AMP表示流量放大比，X_L以及X_R分别表示左右转向油缸的位移，可表示为与前轮转角相关的函数；

通过经过转向器计量马达的油液体积以及理论弧度排量计算得到所述方向盘转角：

其中，φ_sw0表示方向盘转角，D_m表示理论弧度排量。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，采用固定传动比与反馈控制相结合的方式对所述方向盘转角进行控制，具体包含：

计算固定传动比，并通过PID控制器根据目标折腰角与无人矿用车辆实际折腰角之间的误差对所述方向盘转角进行动态修正，从而使实际的车体折腰角跟踪折腰角的目标值。

10.一种用于无人矿用车辆的车辆路径控制装置，其特征在于，所述装置包含：

行驶误差模块，其用于基于预设行驶路径，实时获取所述无人矿用车辆的状态参数，计算得到行驶误差；

路面倾侧角模块，其用于构建针对所述无人矿用车辆的虚拟地形场方程，依据所述行驶误差、车速以及所述预设行驶路径的转向半径计算得到路面倾侧角；

目标车轮转角模块，其用于将所述路面倾侧角转换为车辆轮胎力，通过动力学模型求出车轮转角控制量，并将所述车轮转角控制量与补偿转角叠加，得到目标车轮转角以对所述无人矿用车辆进行路径控制。