[發(fā)明專(zhuān)利]一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810058632.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108454623B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭烈;李君臣;許林娜;孫大川;李琳輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B60W30/10
• 分類(lèi)號(hào): B60W30/10;B60W50/00
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發(fā)明公開(kāi)了一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛軌跡跟蹤控制工作方法，包括以下步驟：建立上層控制器，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制；建立中層控制器，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛橫擺穩(wěn)定性控制；建立下層控制器，控制實(shí)際車(chē)速能穩(wěn)定跟蹤期望車(chē)速。本發(fā)明考慮車(chē)輛橫向穩(wěn)定性的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛車(chē)輛軌跡跟蹤方法，通過(guò)上層控制器對(duì)期望軌跡進(jìn)行跟蹤，中層控制器利用上層控制器規(guī)劃出的前輪轉(zhuǎn)角對(duì)期望橫擺角速度進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛在軌跡跟蹤時(shí)的穩(wěn)定性。本發(fā)明將車(chē)輛動(dòng)力學(xué)約束加入上層控制器，能提高模型精確度和車(chē)輛行駛的安全性。上層控制器通過(guò)對(duì)車(chē)輛以及參考軌跡未來(lái)時(shí)刻的狀態(tài)變化的考慮，提高了軌跡跟蹤的精度。本發(fā)明算法簡(jiǎn)單有效，求解時(shí)間短、實(shí)時(shí)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到無(wú)人駕駛車(chē)輛控制領(lǐng)域，特別是一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛軌跡跟蹤控制工作方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)、信息、認(rèn)知、機(jī)械、化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到從車(chē)輛駕駛的自動(dòng)化、電動(dòng)化來(lái)解決交通安全問(wèn)題和能源問(wèn)題將是目前最有效的方法之一。無(wú)人駕駛車(chē)輛是一種典型的四輪移動(dòng)機(jī)器人，是智能車(chē)輛發(fā)展的高級(jí)階段，涉及眾多交叉學(xué)科知識(shí)，是當(dāng)代計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別、控制技術(shù)的高度結(jié)合和發(fā)展的產(chǎn)物，其利用功能不一的傳感器來(lái)感知車(chē)輛周?chē)h(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車(chē)輛位置和障礙物信息，規(guī)劃一條安全無(wú)碰撞的路徑，控制車(chē)輛的速度和轉(zhuǎn)向，從而使車(chē)輛能夠安全、可靠地在道路上自主駕駛。

軌跡跟蹤控制系統(tǒng)是無(wú)人駕駛車(chē)輛實(shí)現(xiàn)智能化和實(shí)用化的必要條件。實(shí)現(xiàn)全自主無(wú)人駕駛車(chē)輛在高速和冰雪等低附路面安全穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制具有十分重要的意義。目前，軌跡跟蹤控制算法大都針對(duì)傳統(tǒng)車(chē)輛，控制目的為縮小車(chē)輛實(shí)際軌跡與期望軌跡的誤差，并且現(xiàn)有軌跡跟蹤控制算法的局限為很少將車(chē)輛的速度控制以及橫擺控制考慮進(jìn)軌跡跟蹤控制算法，導(dǎo)致軌跡跟蹤的精度低，易使車(chē)輛在高速以及低附路面發(fā)生側(cè)滑、失穩(wěn)現(xiàn)象。所以設(shè)計(jì)適合四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的軌跡跟蹤算法、提高車(chē)輛在高速以及低附工況下的軌跡跟蹤能力是亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決車(chē)輛在高速以及低附工況下的軌跡跟蹤能力的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛軌跡跟蹤算法。該算法采用分層控制，將軌跡跟蹤控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為上層無(wú)人駕駛車(chē)輛的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制、中層橫擺穩(wěn)定性控制、下層力矩分配問(wèn)題。最終使四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛能實(shí)現(xiàn)高速、低附工況下對(duì)期望軌跡的穩(wěn)定性跟蹤。

本發(fā)明的總體思路是：建立三層控制器，如圖1所示，無(wú)人駕駛車(chē)輛的系統(tǒng)決策層根據(jù)車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息，自動(dòng)規(guī)劃出期望車(chē)速v_x和期望軌跡f(x,y)。上層控制器接受系統(tǒng)決策層的期望軌跡，根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻期望的車(chē)輛的前輪轉(zhuǎn)角δ_f，當(dāng)前時(shí)刻車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以此轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。中層控制器根據(jù)期望的前輪轉(zhuǎn)角δ_f計(jì)算出車(chē)輛為達(dá)到理想橫擺角速度所需要的橫擺控制力矩M_z，并將M_z輸入到下層控制器中的驅(qū)動(dòng)力分配控制器。下層控制器中的車(chē)速跟隨控制器將系統(tǒng)決策層決策出的期望車(chē)速v_dx與實(shí)際車(chē)速v_x作為車(chē)速跟蹤控制器的輸入，輸出總的驅(qū)動(dòng)力矩。驅(qū)動(dòng)力分配控制器將橫擺控制力矩M_z與總的驅(qū)動(dòng)控制力矩T作為控制輸入，計(jì)算得到四個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力矩T_i驅(qū)動(dòng)車(chē)輛以期望車(chē)速v_x行駛。

一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛電動(dòng)車(chē)輛軌跡跟蹤控制工作方法，包括以下步驟：

A、建立上層控制器，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制

A1、根據(jù)車(chē)輛單軌模型，建立二自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，并將其寫(xiě)成狀態(tài)空間表達(dá)形式為：