一种无人车的轨迹跟随控制方法、控制系统及相关装置.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CN108958258A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810827004.5(22)申请日2018.07.25(71)申请人吉林大学地址130025吉林省长春市南关区人民大街5988号吉林大学南岭校区(72)发明人马芳武葛林鹤代凯史津竹单子桐蒲永锋(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人罗满(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种无人车的轨迹跟随控制方法、控制系统及相关装置(57)摘要本申请所提供的一种无人车的轨迹跟踪控制方法，以非线性MPC控制器为中心，通过获取固定线路在全局坐标系的坐标得到参考轨迹点，获取车辆当前的位置、航向角、转向电机角度与力矩、轮缸压力等。通过这些输入量，非线性MPC控制器在线求解非线性最优控制器问题得到期望车轮转向角和期望车辆加速度，输出给电机驱动控制器、转向电机控制和制动系统控制器。降低了线控转向系统、线控制动系统和电机驱动系统等三大系统之间的协调难度，提高了无人车轨迹跟随控制过程中的精确度，有利于提高无人车行驶控制的稳定性。本申请还提供一种无人车的轨迹跟踪控制系统、计算机可读存储介质和无人车，具有上述有益效果。CN108958258ACN108958258A权利要求书1/2页1.一种无人车的轨迹跟随控制方法，其特征在于，包括：非线性MPC控制器获取所述无人车的固定线路，并确定所述固定线路在全局坐标系中的离散点；获取所述无人车当前的位置坐标、车速和偏航角；利用预设离散点的坐标、所述位置坐标和所述偏航角计算得到三次样条曲线方程；其中，所述预设离散点为第一预设数量的所述离散点；根据所述三次样条曲线方程得到初始距离误差和初始航向角偏差；在所述三次样条曲线方程的曲线图上每隔设定距离取第二预设数量的参考点，并确定所述参考点的参考坐标和参考航向角；根据所述初始距离误差、所述初始航向角偏差、所述参考坐标、所述参考航向角和所述车速，利用代价函数确定所述无人车的期望转向角和期望加速度；根据所述期望转向角和所述期望加速度控制所述无人车行驶。2.根据权利要求1所述的轨迹跟随控制方法，其特征在于，利用预设离散点的坐标、所述位置坐标和所述偏航角计算得到三次样条曲线方程，包括：选取所述无人车前进方向上离所述无人车距离最近的第一预设数量的离散点作为所述预设离散点，并确定所述预设离散点的坐标；利用所述位置坐标和所述偏航角，将所述预设离散点的坐标由全局坐标系中的全局坐标转为车辆坐标系中的车辆坐标；其中，所述车辆坐标系为以所述无人车后轴中心为原点，以所述无人车初始前进方向为X轴的直角坐标系；用三次样条曲线拟合所述预设离散点的所述车辆坐标，得到三次样条曲线方程。3.根据权利要求1所述的轨迹跟随控制方法，其特征在于，根据所述三次样条曲线方程得到初始距离误差和初始航向角偏差包括：将x＝0代入所述三次样条曲线方程，得到初始距离误差Diff_y(0)和初始航向角偏差Diff_φ(0)。4.根据权利要求1所述的轨迹跟随控制方法，其特征在于，在所述三次样条曲线方程的曲线图上每隔设定距离取第二预设数量的参考点，并确定所述参考点的参考坐标和参考航向角之前，还包括；利用所述车速v和控制周期T得到所述设定距离s，且s＝vT；其中，所述控制周期T为所述非线性MPC控制器的控制周期；获取所述无人车的预测步数Np，将Np作为所述第二预设数量。5.根据权利要求1所述的轨迹跟随控制方法，其特征在于，根据所述期望转向角和所述期望加速度控制所述无人车行驶包括：将所述期望转向角和所述期望加速度分别输出至电机驱动系统、线控转向系统和线控制动系统，以控制所述无人车行驶。6.根据权利要求5所述的轨迹跟随控制方法，其特征在于，还包括：判断电机驱动系统、线控转向系统和线控制动系统中是否存在任一系统发生故障；若是，切断所述电机驱动系统的供电并制动。7.一种无人车的轨迹跟随控制系统，应用于所述无人车的非线性MPC控制器，其特征在于，包括：2CN108958258A权利要求书2/2页第一获取模块，用于获取所述无人车的固定线路，并确定所述固定线路在全局坐标系中的离散点；第二获取模块，用于获取所述无人车当前的位置坐标、车速和偏航角；第一计算模块，用于利用预设离散点的坐标、所述位置坐标和所述偏航角计算得到三次样条曲线方程；其中，所述预设离散点为第一预设数量的所述离散点；第二计算模块，用于根据所述三次样条曲线方程得到初始距离误差和初始航向角偏差；参考点选取模块，用于在所述三次样条曲线方程的曲线图上每隔设定距离取第二预设数量的参考点，并确定所述参考点的参考坐标和参考航向角；第三计算模块，用于根据所述初始距离