一种适用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种可用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法，以解决八轮无人跨运车在箱区和箱区外导航以及不同方向行驶的精准循迹控制。其中在判断所述跨运车的作业区域在箱区外，决定所述跨运车采取八轮转动控制模式，且在判断所述跨运车的作业区域在箱区内，决定所述跨运车采取六轮转动控制模式，其中在所述八轮转动控制模式下，所述跨运车的八个轮子转动，在所述六轮转动控制模式下，所述跨运车的前六个轮子转动，后六个轮子不动。

A tracking control system and method for driverless straddle carrier

【技术实现步骤摘要】
一种适用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法
本专利技术涉及无人驾驶领域，尤其涉及一种适用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法。
技术介绍
传统乘用车的相关循迹控制方法多针对四轮乘用车。当前的四轮乘用车多为前两轮驱动，车身坐标系置于后两轮中心位置。这些循迹控制方法基于纯跟踪(purepursuit)方式,其在自行车模型的基础上，主要包括例如根据定位找到当前车辆的位置、找到最近的路径点和目标点、将目标点坐标转换到车辆坐标系以及计算曲率，并根据曲率计算出前轮转角。在对于目前的无人车，需要全局定位系统(例如，GlobalpositioningSystem(GPS))来提供车辆在全局定位坐标系下的位置，全局定位系统会提供车辆的x坐标、y坐标和航向角。由于无人车需要跟随的轨迹是一组连续的点，因此能够获取的信息包括这些点在全局坐标系下的x,y坐标和航向角度。计算当前无人车全局坐标点和目标路径点序列集合，通过计算距离找到最近的路径点。继而，从最近的路径点开始依次递增计算后面路径点到车辆当前位置的距离，直到找到一个路径点，使得该路径点与无人车当前位置的距离与规定的前视距离最接近(lookaheaddistance)。通过坐标变换，将目标点的全局坐标转换到车辆坐标系下，从而计算出目标曲率，并根据无人车的运动学模型得到输出转角。由于一般的标准乘用车使用前轮驱动，其采取的标准自行车模型将车辆坐标系置于后轮，该动力学模型不能适配于八轮无人跨运车。现有的循迹控制均针对于标准的自行车模型，车辆只能向前运动，而不适用于前向和反向行驶等，其未对不同行驶方向进行修正。此外，现有的循迹控制不能进行模式切换，继而不能适用于不同的场景和需求。例如，在集装箱箱区外的导航模式需要较小的转弯半径以在较小区域内实现转弯。而在集装箱箱区内作业时，需要使行驶路径更为平滑而不会来回抖动。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种可用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统和方法，从而解决八轮无人跨运车在箱区和箱区外导航以及不同方向行驶的精准循迹控制。依据本专利技术的一个方面，提供了一种用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统，其中所述系统包括一控制器，所述控制器用于根据所述跨运车的作业区域在箱区内或箱区外来决定跨运车的控制模式，其中所述控制器在判断所述跨运车的作业区域在箱区外，决定所述跨运车采取八轮转动控制模式，且在判断所述跨运车的作业区域在箱区内，决定所述跨运车采取六轮转动控制模式，其中在所述八轮转动控制模式下，所述跨运车的八个轮子转动，在所述六轮转动控制模式下，所述跨运车的前六个轮子转动，后六个轮子不动。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，可在箱区外部导航模式下利用八轮转动控制模式，使得跨运车的转弯半径较小，适合于箱区外的转弯，从而跨运车可以在较小的距离和空间范围内实现车辆的转弯循迹控制，并可实现较高的车辆行驶速度(例如，大约20km/h等)。此外，在箱区内部使用六轮转动控制模式，可使跨运车的转弯半径较大，以使跨运车循迹时轨迹较为平滑，从而跨运车在箱区内可以在高速度下安全地跟随轨迹，避免出现来回的抖动。因此，无论八轮转动控制模式或六轮转动控制模式下，都可以实现直接精准的循迹控制。依据本专利技术的上述方面的循迹控制系统，其中所述控制器还用于根据路径点判断曲线轨迹的顺时针或逆时针方向，并判断车辆行驶方向是正向行驶或反向行驶。依据本专利技术的上述专利技术的循迹控制系统，可在跨运车正向行驶和反向行驶时都能实现直接精准的循迹控制。依据本专利技术的上述专利技术的循迹控制系统，其中所述控制器还用于根据状态变量和动力学模型来进行优化以得到状态反馈，并根据所述状态反馈和路径曲率来得到前馈。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，可根据场景选取不同的控制模式进行循迹控制适配不同的参数。依据本专利技术的上述方面的循迹控制系统，其中还包括与所述控制器通信的上层状态机，其中所述上层状态机根据当前跨运车的位置来判断所述跨运车在箱区内或箱区外，并将跨运车的作业区域在箱区内或箱区外的信息提供给所述控制器。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，可在不同的跨运车作业区域采用不同的控制模式，从而实现直接精准的循迹控制。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，其中所述控制器判断距离当前跨运车位置最近的连续三个路径点分别构成的第一向量和第二向量的叉乘，其中第一向量和第二向量的叉乘大于0，曲线轨迹为逆时针方向，当第一向量和向量的叉乘小于零，曲线轨迹为顺时针方向，所述三个路径点中的第一个点和第二个点构成第一向量，所述三个路径点中的第二个点和第三个点构成第二向量。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，其中所述控制器根据从一最近的第一个路径点指向第二近的路径点的向量来判断此向量和车辆参考坐标系的夹角，在夹角大于3*pi/2或者小于pi/2，跨运车正向行驶，否则，跨运车反向行驶。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，其中所述控制器依据下式(1)和(2)来进行优化以得到状态反馈:成本函数：约束：et+1＝Aet+Bδt式(2)其中，状态变量为δ表示控制器输出的转角控制信号，e1表示状态变量横向误差，表示横向误差变化率，e2表示航向角度误差，表示航向角度变化速率，下标t表示当前离散采样时刻，以及所述控制器从t时刻的状态反馈角度δfb以及根据路径曲率计算得到的前馈角度δff的和δ＝δff+δfb来给出转角控制信号。依据本专利技术上述方面的循迹控制系统，可实现约束优化,并可根据场景选取不同的控制模式进行循迹控制适配不同的参数。依据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于无人驾驶跨运车的循迹控制方法，其中所述方法包括用于根据所述跨运车的作业区域在箱区内或箱区外来决定跨运车的控制模式，其中在判断所述跨运车的作业区域在箱区外，决定所述跨运车采取八轮转动控制模式，且在判断所述跨运车的作业区域在箱区内，决定所述跨运车采取六轮转动控制模式，其中在所述八轮转动控制模式下，所述跨运车的八个轮子转动，在所述六轮转动控制模式下，所述跨运车的前六个轮子转动，后六个轮子不动。依据本专利技术上述方面的循迹控制方法，可在箱区外部导航模式下利用八轮转动控制模式，使得跨运车的转弯半径较小，适合于箱区外的转弯，从而跨运车可以在较小的距离和空间范围内实现车辆的转弯循迹控制，并可实现较高的车辆行驶速度(例如，大约20km/h等)。此外，在箱区内部使用六轮转动控制模式，可使跨运车的转弯半径较大，以使跨运车循迹时轨迹较为平滑，从而跨运车在箱区内可以在高速度下安全地跟随轨迹，避免出现来回的抖动。因此，无论八轮转动控制模式或六轮转动控制模式下，都可以实现直接精准的循迹控制。依据本专利技术的上述方面的循迹控制方法，其中还包括根据路径点判断曲线轨迹的顺时针或逆时针方向，并判断车辆行驶方向是正向行驶或反向行驶。依据本专利技术的上述专利技术的循迹控制方法，可在跨运车正向行驶和反向行驶时都能实现直接精准的循迹控制。依据本专利技术的上述专利技术的循迹控制方法，其中还包括根据状态变量和动力学模型来进行优化以得到状态反馈，并根据所述状态反馈和路径曲率来得到前馈。依据本专利技术上述方面的循迹控制方法，可根据场景选取不同的控制模式进行循迹控制适配不同的参数。依据本专利技术的上述方面的循迹控制方法，其中还包括根据当前跨运车的位置来判断所述跨运车在箱区内或箱区外。依据本专利技术上述方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统，其特征在于所述系统包括一控制器，所述控制器用于根据所述跨运车的作业区域在箱区内或箱区外来决定跨运车的控制模式，其中所述控制器在判断所述跨运车的作业区域在箱区外，决定所述跨运车采取八轮转动控制模式，且在判断所述跨运车的作业区域在箱区内，决定所述跨运车采取六轮转动控制模式，其中在所述八轮转动控制模式下，所述跨运车的八个轮子转动，在所述六轮转动控制模式下，所述跨运车的前六个轮子转动，后六个轮子不动。

【技术特征摘要】
1.一种用于无人驾驶跨运车的循迹控制系统，其特征在于所述系统包括一控制器，所述控制器用于根据所述跨运车的作业区域在箱区内或箱区外来决定跨运车的控制模式，其中所述控制器在判断所述跨运车的作业区域在箱区外，决定所述跨运车采取八轮转动控制模式，且在判断所述跨运车的作业区域在箱区内，决定所述跨运车采取六轮转动控制模式，其中在所述八轮转动控制模式下，所述跨运车的八个轮子转动，在所述六轮转动控制模式下，所述跨运车的前六个轮子转动，后六个轮子不动。2.如权利要求1所述的循迹控制系统，其特征在于所述控制器还用于根据路径点判断曲线轨迹的顺时针或逆时针方向，并判断车辆行驶方向是正向行驶或反向行驶。3.如权利要求1或2所述的循迹控制系统，其特征在于所述控制器还用于根据状态变量和动力学模型来进行优化以得到状态反馈，并根据所述状态反馈和路径曲率来得到前馈。4.如以上权利要求中任一项所述的循迹控制系统，其特征在于还包括与所述控制器通信的上层状态机，其中所述上层状态机根据当前跨运车的位置来判断所述跨运车在箱区内或箱区外，并将跨运车的作业区域在箱区内或箱区外的信息提供给所述控制器。5.如以上权利要求中任一项所述的循迹控制系统，其特征在于所述控制器判断距离当前跨运车位置最近的连续三个路径点分别构成的第一向量和第二向量的叉乘，其中第一向量和第二向量的叉乘大于0，曲线轨迹为逆时针方向，当第一向量和向量的叉乘小于零，曲线轨迹为顺时针方向，所述三个路径点中的第一个点和第二个点构成第一向量，所述三个路径点中的第二个点和第三个点构成第二向量。6.如以上权利要求中任一项所述的循迹控制系统，其特征在于所述控制器根据从一最近的第一个路径点指向第二近的路径点的向量来判断此向量和车辆参考坐标系的夹角，在夹角大于3*pi/2或者小于pi/2，跨运车正向行驶，否则，跨运车反向行驶。7.如以上权利要求中任一项所述的循迹控制系统，其特征在于所述控制器依据下式(1)和(2)来进行优化以得到状态反馈：成本函数：约束：et+1＝Aet+Bδt式(2)其中，状态变量为δ表示控制器输出的转角控制信号，e1表示状态变量横向误差，表示横向误差变化率，e2表示航向角度误差，表示航向角度变化速率，下标t表示当前离散采样时刻，以及所述控制器从t时刻的状态反馈角...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中望，邵诚佳，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31