申请/专利权人：湖南大学

申请日：2019-12-25

公开（公告）日：2021-02-23

公开（公告）号：CN110955250B

主分类号：G05D1/02(20200101)

分类号：G05D1/02(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.23#授权;2020.05.01#实质审查的生效;2020.04.03#公开

摘要：本发明公开了一种车辆倒车路径跟踪控制方法，该方法包括：S1，对已有的参考路径点进行插值，获得新参考路径；S2，获得车辆状态信息；S3，在新参考路径上找出最近路径点；S4，以最近路径点为起点，以预设搜索距离，沿新参考路径向后搜索N个预瞄点；S5，构建预测模型、目标函数以及系统约束，根据当前测量信息和预测模型，预测车辆未来动态，在线求解满足所述目标函数和约束条件的优化问题，获取N个预瞄点所对应的期望前轮转角构成的最优控制序列；S6，根据最优控制序列，控制车辆直到下一采样时刻到达，下一观测时刻到达时，重复步骤S2至S5。本发明提供的方法跟踪精度较高，同时也能够保证在控制过程中的舒适性，不会产生控制量的突变。

主权项：1.一种车辆倒车路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：S1，对已有的参考路径点进行插值，获得一条路径点更加密集的新参考路径；S2，获得车辆状态信息，倒车时车辆的运动速度为vt，vt取负值；S3，遍历S1获得的新参考路径上的所有路径点pixi，yi，找出最近路径点p0，xi为新参考路径上的所有路径点pi的横坐标，yi为新参考路径上的所有路径点pi的纵坐标；S4，在S1获得的新参考路径上，以S3找到的最近路径点p0为起点，根据S2获取的车辆状态信息中的车辆运动速度vt，向后搜索N个预瞄点；S4中的“向后搜索N个预瞄点”具体包括如下方法：以最近路径点p0为起点，同时，以|vtΔT|为搜索距离，沿新参考路径向后搜索N个路径点作为预瞄点xpk，ypk，k＝0，2，...，N-1，ΔT为离散的时间步长，当搜索到达新参考路径终点时或当搜索到达设定的最大预测步数N时，停止搜索；S5，构建由式2至式4表示的预测模型、下式5所示的目标函数以及系统约束，根据S2获取的当前车辆状态信息和预测模型，预测车辆未来动态，在线求解满足所述目标函数和约束条件的优化问题，获取S4搜索得到的N个预瞄点中每一个预瞄点对应的期望前轮转角，N个预瞄点组成的所述期望前轮转角构成式20所表示的最优控制序列； 式5中：Q为权重系数；Δδk+t|t为在t时刻预测的k+1+t时刻的车辆前轮转向角与上一预测时刻k+t时刻的车辆前轮转向角之差；ek+t|t为在t时刻预测到的k+t时刻的车辆后轴中心与在t时刻搜索的第k个预瞄点切线的距离，其表示为式6：ek+t|t＝-xk+t|t-xpk*sinθpk+yk+t|t-ypk*cosθpk式6中：xk+t|t为在t时刻预测到的k+t时刻的车辆后轴中心点的横坐标；yk+t|t为在t时刻预测到的k+t时刻的车辆后轴中心点的纵坐标；xpk为S4中搜索得到的第k个预瞄点的横坐标；ypk为S4中搜索得到的第k个预瞄点的纵坐标；θpk为S4中搜索得到的第k个预瞄点的航向角； 式20中，表示在t时刻预测的k+t时刻的前轮转角；在每一个控制周期内求解如下式13所示的优化问题： 式13中：minJk是式5提供的目标函数的最小值；xk+1+t|t为在t时刻预测到的k+1+t时刻的车辆后轴中心点的横坐标；yk+1+t|t为在t时刻预测到的k+1+t时刻的车辆后轴中心点的纵坐标； 为在t时刻预测到的k+t时刻的车身航向角； 为在t时刻预测到的k+1+t时刻的车身航向角；vt为S2获得的车辆速度；Δt为每个预测步长的时间；δk+t|t为在t时刻预测的k+t时刻的前轮转向角；δk+1+t|t为在t时刻预测的k+t+1时刻的前轮转向角；L为车辆的轴距；k为第k个预测步；Δmax为相邻时刻内车辆的前轮转向角的最大变化量；δmax为车辆前轮最大转向角；S6，使用控制车辆直到下一采样时刻到达，下一观测时刻t+1到达时，重复步骤S2至S5，利用S2提供的新的车辆状态刷新问题，如此循环直至到达路径终点；式13所示的优化问题求解之前，预测时域内的前轮转向角的初始值的具体计算方法包括：S51.利用步骤S2获得的车辆状态信息，取与步骤S4中相同的步长ΔT，以步骤S3和步骤S4中得到的最近路径点p0以及搜索到的前N-1个预瞄点作为Stanley方法对应时刻的最近路径点xpk，ypk，k＝1，2，...，N；S52.计算当前t时刻车辆后轴中心xrt，yrt与对应的最近路径点p0xp0，yp0的横向偏差efat： 式14中，θp0为路径点p0的航向角，xrt为当前t时刻车辆后轴中心的横坐标，yrt为当前t时刻车辆后轴中心的纵坐标；S53.计算当前t时刻车身航向角与最近路径点航向角的角度误差θet： 式15中，为车身航向角，θp0为路径点p0的航向角；S54.计算当前t时刻前轮的期望转角δ′t： 式16中：K为权重系数；θet为期望转角δ′t的角度误差部分；S55.利用式16求得的δ′t和已知的车辆后轴中心坐标xrt，yrt、速度v、车身航向角前轮转向角δt信息以及车辆运动学公式17至式19，得到下一时刻t+ΔT的车辆状态信息： S56.以式17至式19所得到的车辆状态信息更新车辆状态，以t+ΔT时刻作为当前时刻，选取第一个预瞄点xp1，yp1作为最近路径点，重复步骤S52至S55，递推出之后每一个预瞄点对应的期望转角δ′t+k*ΔT，并将其作为公式13所示优化问题中δk+t|t的迭代初始值。

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权利要求：

百度查询： 湖南大学 一种车辆倒车路径跟踪控制方法

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