[發(fā)明專利]一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法及控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310037601.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103085816A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 王峻;陸梓嘉;宋吉鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: B60W40/10
• 分類號: B60W40/10
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，所述的無人駕駛車輛上設有軌跡生成器和車輛傳感器，其特征在于，所述的軌跡跟蹤控制方法包括如下步驟：

a.數(shù)據(jù)預處理器根據(jù)軌跡生成器生成的參考軌跡和車輛傳感器采集到的車輛行駛信息計算得到車輛當前行駛軌跡與參考軌跡的誤差，同時根據(jù)車輛行駛信息判斷車輛當前的行駛模式，并從軌跡生成器中獲得與當前行駛模式相對應的目標性能指標函數(shù)，并傳輸給上層控制器；

b.上層控制器根據(jù)車輛傳感器采集到的車輛行駛信息通過車輛動力學模型預測一段時間內(nèi)車輛的行駛狀態(tài)；

c.上層控制器比較上一采樣時刻所用性能指標函數(shù)和當前行駛模式相對應的目標性能指標函數(shù)，根據(jù)切換控制算法對函數(shù)參數(shù)進行過渡切換，獲得當前采樣時刻的性能指標函數(shù)；

d.根據(jù)步驟b預測的行駛狀態(tài)和步驟c獲得的性能指標函數(shù)，同時考慮性能要求約束條件，計算當前時刻的最優(yōu)控制量，并傳輸給下層控制器；

e.下層控制器根據(jù)最優(yōu)控制量計算油門開度、剎車踏板壓力和方向盤轉(zhuǎn)角，并根據(jù)計算結(jié)果控制車輛；

f.返回步驟a，實現(xiàn)實時最優(yōu)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述的車輛動力學模型包括車輛縱向一階慣性模型和橫向二輪自行車模型以及輪胎模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟c中對函數(shù)參數(shù)進行過渡切換具體步驟為：

c1)獲得上一時刻所用性能指標函數(shù)J＝∑a·y(k+i|k)²，其中y(k+i|k)為在k時刻預測k+i時刻的系統(tǒng)輸出，i＝1，…，Np，Np為預測時域，a為對y的權(quán)值；

c2)獲得當前行駛模式相對應的目標性能指標函數(shù)J＝∑a_d·y(k+i|k)²，a_d為對y的權(quán)值，定義權(quán)值之差Δa＝a_d-a；

c3)計算當前時刻k的性能指標函數(shù)為J＝∑{a+Δa[(i-1)/Np]}·y(k+i|k)²，在k+1時刻，令a＝a+Δa/Np。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述的最優(yōu)控制量包括預期加速度和預期前輪轉(zhuǎn)角。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟d中計算當前時刻的最優(yōu)控制量的具體步驟為：

d1)將由步驟c得到的性能指標函數(shù)轉(zhuǎn)換為二次型函數(shù)J＝J(y，u，Δu)，其中y、u、Δu均為k+i時刻的預測值，其中y是預測的系統(tǒng)輸出，u是控制量，Δu是控制增量；

d2)根據(jù)車輛的性能要求確定約束條件C，包括y_min≤y≤y_max，u_min≤u≤u_max，Δu_min≤Δu≤Δ_max，其中，y_min、y_max為系統(tǒng)輸出的上下限，u_min、u_max為控制量的上下限，Δu_min、Δu_max為控制增量的上下限；

d3)將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成目標函數(shù)為J、約束條件為C的二次規(guī)劃問題，利用active-set方法求解得到最優(yōu)解，即最優(yōu)控制增量Δu，則當前時刻k所需最優(yōu)控制量u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，即預期加速度a_xdes和預期前輪轉(zhuǎn)角δ_fdes。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于無人駕駛車輛的軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述的車輛的性能要求包括跟蹤性能、乘坐舒適性和側(cè)向穩(wěn)定性。