[發明專利]一種面向鉸接式車輛的泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210570780.8
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114954437A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 石鈞仁;王皓;樸昌浩;邵慧爽;孫榮利;李珂欣;蘇永康
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: B60W30/06
• 分類號: B60W30/06;B60W30/14;B60W30/165;B60W50/00;G06F17/13;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發明屬于鉸接式車輛無人駕駛技術領域，具體涉及一種面向鉸接式車輛的泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統；該方法包括：構建鉸接車運動學模型和跟蹤偏差模型；根據鉸接車運動學模型和跟蹤偏差模型，設計不確定非線性系統；根據不確定非線性系統，構建目標函數和約束函數，得到不確定非線性系統最優化問題描述；求解不確定非線性系統最優化問題，得到泊車軌跡規劃和跟蹤控制方案；鉸接式車輛根據泊車軌跡規劃和跟蹤控制方案實現自動泊車；本發明規劃的軌跡和跟蹤控制過程具有快速適配能力，更符合實際場景的需要，實用性高。

技術領域

本發明屬于鉸接式車輛無人駕駛技術領域，具體涉及一種面向鉸接式車輛的泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統。

背景技術

鉸接式車輛作為一種靈活、機動的運輸設備，常用于礦山和建筑工地等非結構區域的物料運輸作業，整車由前后車體兩部分構成，兩個車體之間通過鉸接點和擺動環相連，利用液壓執行機構使前后車體相對偏轉實現整車的轉向，轉向過程中車輪與車架之間無相對偏轉，從而省略了轉向驅動橋等部件。該結構形式也決定了其自動駕駛領域的避障軌跡規劃和軌跡跟蹤控制不能照搬傳統乘用車輛。

無人駕駛鉸接車在軌跡跟蹤過程中會受到模型誤差及外界擾動等不確定性因素的干擾，然而現有方法較少考慮以上因素。例如，一種現有技術將目標函數和約束函數設定為恒定值，這無疑降低了無人駕駛鉸接車的軌跡控制方法的魯棒性。

綜上所述，亟需一種面向鉸接式車輛且具有魯棒性能良好的泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統，以解決現有的無人駕駛鉸接式車輛泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法無法實現高效跟蹤控制及控制方法問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種面向鉸接式車輛的泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統，該方法包括：

S1：構建鉸接車運動學模型和跟蹤偏差模型；

S2：根據鉸接車運動模型和跟蹤偏差模型，設計不確定非線性系統；

S3：根據不確定非線性系統，構建目標函數和約束函數，得到不確定非線性系統最優化問題描述；

S4：求解不確定非線性系統最優化問題，得到泊車軌跡規劃和跟蹤控制方案；鉸接式車輛根據泊車軌跡規劃和跟蹤控制方案實現自動泊車。

優選的，鉸接車運動學模型的表達式為：

其中，x_f表示前橋中點的橫坐標，y_f表示前橋中點的縱坐標，θ_f表示前橋航向角，l_f表示前橋與鉸接點的距離，l_r表示后橋與鉸接點的距離，γ表示鉸接轉向角，v_f表示鉸接車前橋的運動速度。

優選的，跟蹤偏差模型的表達式為：

其中，e₁表示橫向位置偏差，e₂表示航向角偏差，v表示整車的運動速度，K表示行駛路徑的曲率，θ表示前橋航向角。

優選的，不確定非線性系統的表達式為：

其中，表示鉸接車在第j種泊車場景下k+1時刻的狀態，表示鉸接車在對應的父節點第j種泊車場景下k時刻的狀態，表示鉸接車在第j種泊車場景下k時刻的控制輸入，表示需要實現控制輸入對應的第j種泊車場景下k時刻的不確定參數。

優選的，得到不確定非線性系統最優化問題描述的過程包括：采用場景樹表示泊車過程中面臨的不確定因素；根據場景樹，將泊車過程劃分為若干階段；在不同階段構建與泊車場景相統一的目標函數和約束函數；根據目標函數和約束函數，得到不確定非線性系統最優化問題描述。

進一步的，目標函數為：