[发明专利]一种四轮转向无人车辆轨迹跟踪控制方法有效

专利信息
申请号: 202210090317.3 申请日: 2022-01-25
公开(公告)号: CN114291117B 公开(公告)日: 2023-05-09
发明(设计)人: 熊会元;刘德亮;谭晓军;刘羽;潘跃龙;张学岭 申请(专利权)人: 中山大学;中广核工程有限公司
主分类号: B60W60/00 分类号: B60W60/00;B60W40/00;B60W40/10
代理公司: 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 代理人: 禹小明
地址: 510275 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 轮转 无人 车辆 轨迹 跟踪 控制 方法
【说明书】:

发明针对现有技术的局限性,提出了一种四轮转向无人车辆轨迹跟踪控制方法,通过以前后轴中心点为参考点,将规划轨迹解耦为的两条曲率近似连续参考轨迹,以车辆中心点为控制点,将横向误差和横摆角误差的控制解耦为以前后轴中心点为控制点的双点跟踪误差控制,可以充分利用四轮转向车辆的自由度,实现了无需切换转向模式即可使四轮转向车辆具有同相转向、异相转向和不等角度转向的能力,具有更大的前后轮转角控制域和较高的跟踪精度。

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域,具体地,涉及针对四轮转向车辆的控制技术;更具体的,涉及一种四轮转向无人车辆轨迹跟踪控制方法。

背景技术

自动驾驶汽车的关键问题之一是路径跟踪,即通过控制车辆的横向运动和横摆运动跟踪预定的路径。四轮转向(4WS)车辆因前后轮均可转向而具有响应速度快、轨迹跟踪精度高、灵活性强的特点,常用于复杂环境中的机动,四轮转向车辆的无人化成为趋势。无人驾驶中路径跟踪的控制方法主要分为两类,一类是基于几何学的控制方法,以纯跟踪和stanley算法为代表,常用于低速场景,解释性好,运算速度快;另一类是基于模型的控制方法,以滑膜控制,模型预测控制,线性二次型调节器为代表,模型以动力学模型为主,常用于高速车辆的稳定性控制。然而,针对低速行驶的四轮转向车辆无人驾驶的轨迹跟踪问题,当前轨迹跟踪方法存在着如下问题:

1)过度约束前后轮转向,灵活性差;当前方案多是针对于前轮转向车辆进行建模与控制,对于四轮转向车辆的针对性几何关系分析较少,常规的轨迹跟踪方案无法简单的适用于四轮转向车辆,现有的公开的针对四轮转向车辆的几何学方案,多为约束前后轮转角的关系进行过度约束,但这种方法极大限制了低速情况下四轮转向车辆的灵活性。

2)存在大量不确定的可变环境参数和难以获得的动力学参数;利用动力学模型处理,虽可以提高高速情况下的稳定性,但存在大量不确定的可变环境参数及车辆本身参数,难以进行有效推广。

3)计算量大,实时性差;对于采用了动力学模型及最优控制的方案,计算量会比较大,将导致控制实时性差,在车载计算机计算能力未有明显提升的条件下,将很容易导致事故的发生。如公开日为2021.04.30的中国发明申请:一种移动机器人的路径跟踪方法所示:该方案就试图通过将车体中的4个轮子简化为分别位于轴线中点的前后两个虚拟轮子,前轮的为虚拟转向轮,后轮的是虚拟从动轮,以此减少计算量,但该方案仍有一定的局限性。

因此,目前公开的跟踪控制方法无法满足四轮转向车辆低速无人驾驶的轨迹跟踪精度与高灵活性的需求,仍有一定的不足。

发明内容

针对现有技术的局限,本发明提出一种四轮转向无人车辆轨迹跟踪控制方法,本发明采用的技术方案是:

一种四轮转向无人车辆轨迹跟踪控制方法,包括以下步骤:

S1,获取受控对象的实时位姿以及目标点位姿;

S2,根据所述实时位姿以及目标点位姿,运用结合了加速度与转角速度约束的车辆运动学模型,获取受控对象的参考速度序列以及受控对象的前轴中心点参考轨迹与后轴中心点参考轨迹;

S3,以后轴中心点为基准参考点,前轴中心点为随动参考点,根据所述前轴中心点参考轨迹与后轴中心点参考轨迹,采用非线性反馈控制的预瞄方式,获取受控对象的前轮转角控制量以及后轮转角控制量;

S4,根据所述参考速度序列,获取受控对象的加速度控制量;

S5,根据所述前轮转角控制量、后轮转角控制量以及加速度控制量,控制所述受控对象的运行。

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