基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110297502A(43)申请公布日2019.10.01(21)申请号201910494171.7(22)申请日2019.06.06(71)申请人浙江智莱科技有限公司地址314400浙江省嘉兴市海宁市海宁高新技术产业园区纬三路11号515室(72)发明人聂家弘马芳武代凯周煊史津竹仲首任郭荣辉(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人刘静邱启旺(51)Int.Cl.G05D1/12(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统及方法，基于UWB定位技术获取车辆实时定位数据，采用高阶摄动滤波方法，将定位数据与参考轨迹相减，得到当前时刻的控制量，包括横向位置偏差和航向角偏差；基于反演法分解出两个子系统：横向位置偏差控制子系统、航向角偏差控制子系统，这两个子系统构成闭环控制系统，根据控制量，计算得到车轮转角与驱动力矩，驱动车辆向前运动，完成对参考轨迹的跟踪。本发明在UWB与车辆轨迹跟踪控制之间进行了良好的数据融合，利用高阶摄动滤波方法，使得本发明的轨迹跟踪控制有着良好的系统鲁棒性与安全性。CN110297502ACN110297502A权利要求书1/2页1.一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统，其特征在于，该系统包括UWB定位单元和轨迹跟踪控制单元；UWB定位单元：基于UWB定位技术获取车辆实时定位数据，并采用高阶摄动滤波方法，将定位数据与参考轨迹相减，得到当前时刻的控制量，包括横向位置偏差和航向角偏差；轨迹跟踪控制单元：该单元为一个闭环控制系统，基于反演法分解出两个子系统：横向位置偏差控制子系统、航向角偏差控制子系统，根据UWB定位单元输出的控制量，计算得到车轮转角与驱动力矩，驱动车辆向前运动，完成对参考轨迹的跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述UWB定位单元包括与车载天线和至少三个定位基站；定位基站与车载天线分别供电，供电后系统进行自动组网，车载天线与基站同步实时输出定位数据，包括车辆当前位置坐标和车辆与各个定位基站之间的角度。3.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述UWB定位单元采用的高阶摄动滤波方法的公式如下：式中a1-ak为采样频率为k时，当前时刻UWB定位技术采集的包含摄动量的定位数据，即原始采集数据；Fy为当前时刻的高阶输出值，当定位数据为车辆当前位置坐标时，将Fy与参考轨迹的横向位置Py作差，即可得到当前时刻的横向位置偏差y；当定位数据为车辆与各个定位基站之间的角度时，将Fy与参考航向角θ作差，即可得到当前时刻的航向角偏差4.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述轨迹跟踪控制单元中由反演法推导得到控制律，实现过程如下：首先进行横向位置偏差控制子系统的横向位置偏差y的控制，具体如下：根据车辆的运动学模型可知：其中为车辆横向速度，Vr为车辆纵向速度，为航向角偏差，δF为前轮转向角，βF为前轮侧偏角；将横向位置偏差控制子系统的虚拟控制律作为航向角偏差控制子系统的跟踪目标，进行航向角偏差控制子系统的航向角偏差的控制，公式如下：其中为的角速度，L为车辆轴距，c(s)为道路曲率；将航向角偏差控制子系统的虚拟控制率作为整个闭环控制系统的实际控制律，最终得到前轮转向角δF与横向位置偏差y和航向角偏差的关系为：2CN110297502A权利要求书2/2页其中βR为后轮侧偏角，α为中间变量，α＝1-c(s)y。5.一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)基于UWB定位技术获取车辆实时定位数据，定位数据包括车辆当前位置坐标和车辆与各个定位基站之间的角度，然后采用高阶摄动滤波方法，将定位数据与参考轨迹相减，得到当前时刻的控制量，包括横向位置偏差和航向角偏差；(2)基于反演法分解出两个子系统：横向位置偏差控制子系统、航向角偏差控制子系统，这两个子系统构成闭环控制系统，根据步骤(1)得到的当前时刻的控制量，计算得到车轮转角与驱动力矩，驱动车辆向前运动，完成对参考轨迹的跟踪。3CN110297502A说明书1/5页基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统及方法技术领域[0001]本发明属于轨迹跟踪领域，尤其涉及一种基于UWB定位的线控底盘轨迹跟踪控制系统及方法。背景技术[0002]关于UWB近场定位技术：作为无人车感知-决策-执行系统中的感知环节，目前发展了许多高新技术，如SLAM、高精度地图、GPS-RTK等。但SLAM技