[發(fā)明專利]一種多軸無人重載車輛的軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110296428.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113064344B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊會元;李志航;尹文成;潘躍龍;劉羽;馬健;李同同
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);中廣核工程有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

本發(fā)明針對多軸無人重載車輛滿載質(zhì)量大、重心高、慣性大以及轉(zhuǎn)角需連續(xù)性變化以減少軸間載荷的轉(zhuǎn)移的特點，提出了一種多軸無人重載車輛的軌跡跟蹤控制方法，通過對軌跡速度曲線的優(yōu)化，使得車輛運動的速度、加速度、橫向加速度處于安全范圍內(nèi)，最小化急動度的優(yōu)化目標提高了車輛行駛的平穩(wěn)度；同時通過運動學(xué)建模，構(gòu)建了適用于前輪轉(zhuǎn)向和全輪轉(zhuǎn)向兩種轉(zhuǎn)向模式的模型預(yù)測控制算法。模型預(yù)測控制算法針對多軸無人重載車輛轉(zhuǎn)向延遲大的特點，在提高軌跡跟蹤的精度與穩(wěn)定性的同時，對車輛轉(zhuǎn)向角的變化進行優(yōu)化，使轉(zhuǎn)向角變化平緩，減少了軸間載荷的轉(zhuǎn)移。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及點無人車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多軸無人重載車輛的軌跡跟蹤控制方法。

背景技術(shù)

交通運輸、建筑工程還是軍事運載等領(lǐng)域都對車輛的大型化和重型化提出了越來越高的要求，多軸轉(zhuǎn)向重載無人車輛應(yīng)運而生。隨著無人駕駛相關(guān)技術(shù)的不斷突破，相關(guān)在惡劣環(huán)境下的重型特征車輛逐步實現(xiàn)其無人化與智能化是必然趨勢。多軸轉(zhuǎn)向重載無人車輛的軌跡跟蹤系統(tǒng)是車輛控制的一項關(guān)鍵的技術(shù)，其目標是在滿足一定安全性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的條件下，通過控制行駛中車輛的速度和車輪轉(zhuǎn)角，使其以較小的偏差跟蹤所規(guī)劃的軌跡線，目前所采用的控制方法被控對象多為前輪轉(zhuǎn)向汽車，而針對多軸轉(zhuǎn)向的重載無人車輛的軌跡跟蹤還存在不少問題。

公告日為2019.01.29，公告號為：CN 108279563 B的中國發(fā)明專利：一種速度自適應(yīng)的無人車軌跡跟蹤PID控制方法，試圖提供一種軌跡跟蹤精度、準時性、平穩(wěn)性和安全性更優(yōu)的速度自適應(yīng)無人車軌跡跟蹤方案。但是該方案并不能直接應(yīng)用在多軸轉(zhuǎn)向的重載無人車輛上，局限性明顯。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的局限，本發(fā)明提出一種多軸無人重載車輛的軌跡跟蹤控制方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種多軸無人重載車輛的軌跡跟蹤控制方法，在對被控車輛的各控制周期中，包括以下步驟：

S1，從預(yù)設(shè)的全局參考軌跡中提取所述被控車輛當前位置前方的局部軌跡，以最小化急動度為目標對所述局部軌跡進行優(yōu)化，獲得優(yōu)化軌跡；

S2，根據(jù)所述優(yōu)化軌跡，結(jié)合所述被控車輛對應(yīng)的多軸無人重載車輛運動學(xué)模型獲得所述被控車輛的轉(zhuǎn)角控制指令；

S3，根據(jù)所述優(yōu)化軌跡，通過PID控制器計算出所述被控車輛的加速度控制指令；

S4，根據(jù)所述被控車輛的轉(zhuǎn)角控制指令以及加速度控制指令對所述被控車輛進行控制。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明針對多軸無人重載車輛滿載質(zhì)量大、重心高、慣性大以及轉(zhuǎn)角需連續(xù)性變化以減少軸間載荷的轉(zhuǎn)移的特點，通過對軌跡速度曲線的優(yōu)化，使得車輛運動的速度、加速度、橫向加速度處于安全范圍內(nèi)，最小化急動度的優(yōu)化目標提高了車輛行駛的平穩(wěn)度；同時通過運動學(xué)建模，構(gòu)建了適用于前輪轉(zhuǎn)向和全輪轉(zhuǎn)向兩種轉(zhuǎn)向模式的模型預(yù)測控制算法。模型預(yù)測控制算法針對多軸無人重載車輛轉(zhuǎn)向延遲大的特點，在提高軌跡跟蹤的精度與穩(wěn)定性的同時，對車輛轉(zhuǎn)向角的變化進行優(yōu)化，使轉(zhuǎn)向角變化平緩，減少了軸間載荷的轉(zhuǎn)移。

作為一種優(yōu)選方案，所述全局參考軌跡、局部軌跡以及優(yōu)化軌跡分別由若干軌跡點組成，所述軌跡點的信息包括所述被控車輛的坐標、航向角、期望速度、期望角速度、期望加速度。

進一步的，所述實時定位信息包括車輛當前的X坐標、Y坐標以及航向角。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟S1以最小化急動度為目標對所述局部軌跡進行優(yōu)化，獲得優(yōu)化軌跡的過程包括以下步驟：

S11，按預(yù)設(shè)的最大速度限制對所述局部軌跡中軌跡點的期望速度進行限幅：

其中，v₀表示所述局部軌跡中軌跡點的期望速度，v₁表示步驟S11中的限幅結(jié)果，v_max表示所述最大速度限制；