[發明專利]一種無人駕駛車輛跟蹤控制方法及裝置

在審

• 申請號: 202011231921.0
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN114442601A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 黃琨;蘇常軍;陳慧勇
• 申請（專利權）人: 鄭州宇通客車股份有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 史萌楊

本發明屬于無人駕駛技術領域，具體涉及一種無人駕駛車輛跟蹤控制方法及裝置。該方法首先獲取車輛當前系統狀態量，根據當前系統狀態量所在狀態分區，確定與系統狀態分區對應的控制顯式關系式，系統狀態量包括車體坐標系下縱向位移的一階導數、車體坐標系下橫向位移的一階導數、橫擺角、橫擺角的一階導數、慣性坐標系下縱向位移、以及慣性坐標系下橫向位移，然后將當前系統狀態量代入至所述控制顯式關系式中，得到與所述當前系統狀態量對應的當前最優前輪轉角控制量；最后參照所述當前最優前輪轉角控制量，控制車輛運行。本發明將反復的在線計算簡化為單純的查表工作，大大減少了在線計算時間，提高了系統控制的實時性，保證了跟蹤精度。

技術領域

本發明屬于無人駕駛技術領域，具體涉及一種無人駕駛車輛跟蹤控制方法及裝置。

背景技術

跟蹤控制技術作為無人駕駛系統的關鍵技術之一，通過控制車輛的轉向系統以及制動/驅動系統等，使得車輛能夠在指定的時間到達給定的或規劃的軌跡點，從而實現車輛的無人駕駛操作。

目前行業內主流的無人駕駛系統跟蹤控制技術有PID控制算法、預瞄式控制算法、前反饋控制算法、傳統模型預測算法。PID控制算法需要大量的人工標定，控制精度無法實時保證，同時當車輛狀態發生改變時，控制精度會受到較大影響，導致控制誤差較大；預瞄式控制算法與前反饋控制算法不需要人工標定，控制精度能夠保證車輛正常行駛，但不具備車速擾動抗干擾能力，當車速發生突變時，由于時間滯后等因素影響會導致控制誤差變大；相比以上算法，傳統模型預測控制算法在保證控制精度的同時，具備良好的車速擾動抗干擾能力，但由于需要反復進行在線優化，隨著場景的變化，在線計算量會顯著增加，不能滿足無人駕駛系統實時跟蹤控制的需求。

發明內容

本發明提供了一種無人駕駛車輛跟蹤控制方法及裝置，用以解決現有技術的控制方法無法滿足無人駕駛系統實時跟蹤控制需要的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案包括：

本發明提供了一種無人駕駛車輛跟蹤控制方法，包括如下步驟：

1)獲取車輛當前系統狀態量，根據當前系統狀態量所在狀態分區，確定與系統狀態分區對應的控制顯式關系式；

其中，采用顯式模型預測控制方法得到所述狀態分區以及狀態分區對應的控制顯式關系式；且所述顯式模型預測控制方法的系統狀態量包括車體坐標系下縱向位移的一階導數、車體坐標系下橫向位移的一階導數、橫擺角、橫擺角的一階導數、慣性坐標系下縱向位移、以及慣性坐標系下橫向位移，系統控制量為前輪轉角；

2)將當前系統狀態量代入至所述控制顯式關系式中，得到與所述當前系統狀態量對應的當前最優前輪轉角控制量；

3)參照所述當前最優前輪轉角控制量，控制車輛運行，以使車輛跟蹤預設軌跡。

上述技術方案的有益效果為：本發明將顯式模型預測控制方法應用于無人駕駛車輛控制上來，在離線預處理階段，劃分系統狀態分區，并確定系統狀態分區對應的控制顯式關系式，該階段結束后，將劃分的狀態分區以及對應的控制顯式關系式存儲在系統運行空間中供在線計算使用，在線階段時，在每一個采樣時刻，一旦確定系統的初始狀態，就可以通過查詢方式找到當前時刻對應的控制顯式關系式，最終計算得到當前時刻的最優前輪轉角控制量以對車輛進行控制。該方法將計算復雜度較高的最優控制求解問題轉移為離線計算，在線計算只需要一個簡單的查詢過程和線性函數運算過程，將反復的在線計算簡化為單純的查表工作，大大減少了在線計算時間，提高了系統控制的實時性，保證了跟蹤精度，解決了復雜場景下無人駕駛系統高效實時跟蹤控制問題。

進一步的，采用顯式模型預測控制方法得到所述狀態分區以及狀態分區對應的控制顯式關系式包括：

建立車輛動力學模型，并將動力學模型轉化為狀態空間表達式；

基于所述狀態空間表達式，應用線性二次調節器構建車輛控制優化函數；