[發(fā)明專利]基于預(yù)測控制的雙模式并行車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng)的方法

有效

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• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109866752B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張炳力;方濤;孫駿;李子龍;鄭平平;湯瑋;曹聰聰;程嘯宇;李傲伽
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B60W10/04
• 分類號: B60W10/04;B60W10/18;B60W10/20;B60W50/08;B60W50/14;B60W60/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 吳娜

本發(fā)明涉及一種基于預(yù)測控制的雙模式并行智能駕駛車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng),包括：人機(jī)交互單元；組合定位單元，實(shí)時給出自動駕駛汽車的位置和姿態(tài)信息；通訊單元；綜合信息感知單元，實(shí)時給出自動駕駛汽車周圍的交通信息；并行車載處理雙單元；執(zhí)行單元，包含汽車的線控轉(zhuǎn)向和線控驅(qū)動系統(tǒng)，接收并行車載處理雙單元輸出的控制指令，最終完成穩(wěn)定可靠的自動駕駛車輛軌跡跟蹤。本發(fā)明還公開了基于預(yù)測控制的雙模式并行智能駕駛車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng)的軌跡跟蹤行駛方法。本發(fā)明采用雙系統(tǒng)并行的控制架構(gòu)，提高算法的適應(yīng)性和魯棒性,當(dāng)模型辨識完畢之后，雙系統(tǒng)同時工作，大大增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的容錯能力，提高了自動駕駛汽車的安全性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛自動駕駛技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于預(yù)測控制的雙模式并行車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，交通工具的智能化已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢，智能車輛，特別是自動駕駛汽車受到人們的重視。按照汽車的動力學(xué)，自動駕駛汽車的控制可以分為橫向控制和縱向控制，其中橫向控制主要有頂層的路徑規(guī)劃、中間層的路徑跟蹤和底層的執(zhí)行機(jī)構(gòu)線控轉(zhuǎn)向組成。軌跡跟蹤作為橫向控制過程中的基本控制問題之一，要求自動駕駛車輛在安全、快速、平穩(wěn)等要求下，跟蹤給定或者規(guī)劃的路徑。

軌跡跟蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、靈敏性直接決定了自動駕駛汽車的安全性和可靠性。目前的軌跡跟蹤控制器多采用線性MPC控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制算法。其中，雖然線性MPC控制用線性模型逼近汽車非線性的特性，引入了多種約束，通過預(yù)測模型和滾動優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的路徑跟蹤，在幾種控制算法中的控制效果相對較好。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)計(jì)的線性模型和汽車實(shí)際非線性特性相差甚遠(yuǎn)，多步的預(yù)測只能提供很短甚至單步的穩(wěn)定控制，浪費(fèi)了大量的計(jì)算量，在實(shí)際應(yīng)用中的控制精度也有待進(jìn)一步的提升。至于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制算法，諸如深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)，一方面需要大量的數(shù)據(jù)或測試才能建立較為可靠的模型，另一方面由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可解釋性差，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最為人所知的缺點(diǎn)就是它們的“黑盒子”性質(zhì)，這意味著人們沒有辦法解釋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具體如何工作以及為什么會輸出這個結(jié)果，這兩個問題造成單一基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)在自動駕駛汽車的橫向控制上應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種克服了傳統(tǒng)控制方法建模不準(zhǔn)確和單一基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不可解釋和需要大量數(shù)據(jù)的問題，能夠提高自動駕駛車輛軌跡跟蹤控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性的基于預(yù)測控制的雙模式并行車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng)的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于預(yù)測控制的雙模式并行智能駕駛車輛軌跡跟蹤行駛系統(tǒng)的軌跡跟蹤行駛方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)通過人機(jī)交互單元，駕駛員啟動本系統(tǒng)，并指定目標(biāo)位置；

(2)通過綜合信息感知單元獲取環(huán)境的信息，實(shí)時給出自動駕駛汽車周圍的交通信息，給出的障礙物信息是基于車輛坐標(biāo)系的距離、角度信息；

(3)通過組合定位單元實(shí)時獲取汽車的定位及姿態(tài)信息；

(4)將綜合信息感知單元提供的基于車輛坐標(biāo)系的障礙物信息和組合定位單元輸出的基于大地坐標(biāo)的汽車定位信息輸入并行車載處理雙單元，基于路徑規(guī)劃算法，規(guī)劃出理想的行駛軌跡，通過人工駕駛汽車，基于組合定位單元采集路徑信息，生成軌跡信息；

(5)將上一步生成的軌跡信息和汽車實(shí)時的姿態(tài)信息輸入給并行車載處理雙單元，此時基于傳統(tǒng)動力學(xué)模型的預(yù)測控制系統(tǒng)會根據(jù)汽車的狀態(tài)信息生成控制序列1；

(6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制系統(tǒng)采集方向盤轉(zhuǎn)角、車速、汽車位置和姿態(tài)信息的變換信息，完成非線性多步預(yù)測模型的訓(xùn)練；若神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制系統(tǒng)還未完成非線性多步預(yù)測模型的訓(xùn)練，此時完全由控制序列1來控制；

(7)若神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制系統(tǒng)已經(jīng)完成訓(xùn)練和檢驗(yàn)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制系統(tǒng)生成控制序列2；