一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法.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CN107521496A(43)申请公布日2017.12.29(21)申请号201710802805.1(22)申请日2017.09.08(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人何磊刘召栋陈贵宾(74)专利代理机构长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)22212代理人鞠传龙(51)Int.Cl.B60W30/10(2006.01)B60W30/14(2006.01)B60W50/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法(57)摘要本发明公开了一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法，其具体方法为：控制方法中的控制系统包括：信息接收模块，计算求解模块和控制命令发送模块，具体步骤为：步骤一、信息的接收，通过信息接收模块进行信息的接收，步骤二、求解计算：利用计算求解模块进行求解；步骤三、控制命令发送模块首先将前轮转角和车轮驱动/制动力矩转化为执行机构的直接控制量；有益效果：采用横纵向协调控制，建立了无人车辆横纵向运动关系，相对于横向和纵向单独控制，消除了横纵向运动耦合带来的控制误差，增加了控制系统的鲁棒性。CN107521496ACN107521496A权利要求书1/1页1.一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法，其特征在于：其具体方法如下：控制方法中的控制系统包括：信息接收模块，计算求解模块和控制命令发送模块，具体步骤如下：步骤一、信息的接收，通过信息接收模块进行信息的接收，信息接收模块分为两部分，一部分为无人车未来行驶轨迹接收部分，提供和决策层的接口，接受无人车辆决策系统输出的未来行驶的轨迹，然后将接收到的包含速度和相对大地坐标系位置、航向角的连续轨迹数据根据控制周期进行离散化后发送给计算求解模块；另一部分为车辆当前状态信息接收模块，接收传感器自身获取并发送的车辆相对大地坐标系的实际位置、车辆横纵向速度、横纵向加速度、车辆相对大地坐标系的航向角、车辆横摆角速率，然后将接收到的这些传感器信息利用卡尔曼滤波器滤除噪声后，传送给计算求解模块；步骤二、求解计算：利用计算求解模块进行求解，利用经过简化的车辆两轮动力学模型和模型预测控制算法将信息接收模块传递来的轨迹信息和车辆状态信息，经过车辆状态预测、优化求解、反馈机制后求出控制时域内的最优解：前轮转角和车轮所需制动/驱动力矩，然后将求出的控制时域内的下一时刻的前轮转角增量和车轮驱动/制动力矩增量进行下一步计算，计算求解模块主要分为三部分，第一部分根据信息接收模块传递的当前车辆状态信息和车辆两轮模型的动力学分析建立准确的车辆动力学模型，根据所建立的动力学模型计算出预测时域内的车辆状态；第二部分根据信息接收模块传递的决策轨迹和预测的车辆状态做时间线对齐后计算出预测的控制偏差；第三部分为求解部分，根据上述得出的控制偏差和车辆动力学模型以及车辆自身的运动学和动力学约束利用二次规划进行求解，得出车辆横向控制所需的控制时域内的前轮转角增量序列和纵向控制所需的车轮驱动/制动转矩增量序列，之后将求出的控制时域内的下一时刻的前轮转角增量和车轮驱动/制动力矩增量传递给控制命令发送模块；步骤三、控制命令发送模块首先将前轮转角和车轮驱动/制动力矩转化为执行机构的直接控制量：方向盘转角和发动机扭矩或制动缸压力，然后打包通过控制局域网络发送给执行机构，从而通过对车辆横纵方向的协调控制实现对规划决策的轨迹准确跟随，通过各模块的协同工作，使得车辆能够准确跟踪决策层输出的轨迹。2CN107521496A说明书1/6页一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法技术领域[0001]本发明涉及无人车辆控制技术领域，具体涉及一种无人车辆的横纵向协调控制轨迹跟随控制方法。背景技术[0002]目前，无人驾驶车辆理论上具有降低交通事故率、降低交通事故死亡率，提高能源利用率，缓解交通拥堵、提高道路通行量，减少个人通勤时间，给更多人提供方便，提高社会生产力等优点，成为国内外各大研究机构和科技企业的研究热点。无人驾驶车辆可以分为感知、决策和控制三个层面，在控制层中，需要将决策层输出的车辆轨迹转化为控制量从而使车辆能够精确跟随规划的轨迹。一般的横向或纵向控制多采用PID控制方法，虽然结构简单易于实现，但是存在依赖工程经验，需要调试过程等缺点，对于无人车辆来说显然存在很大的不合理，由于缺乏具体的模型，PID控制也很难做到控制的精确；PID控制的控制效果严重依赖于参数，因此对于控制车辆车速变化具有较差的鲁棒性。此外，现有的大多控制一般在控制层的策略为横向和纵向独立控制，但是车辆的横向和纵向运动具有较强的耦合性，忽略车辆自身横纵向运动的耦合进行独立控制