基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统及方法，该系统包括依次连接的路径规划系统、路径跟踪决策系统和汽车底盘执行系统，其中路径跟踪决策系统包括驾驶员预测控制器和GWO姿态控制器两个子系统，所述的预测控制器采用基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄‑跟随驾驶员模型，GWO姿态控制器采用了灰狼算法。本实用新型专利技术由路径规划系统规划出理想路径，路径跟踪决策系统接收理想路径信息，通过汽车底盘执行系统的线控转向执行器、轮毂电机制动执行器调整汽车行驶状态，实现对理想路径的精准跟踪，并提高汽车的行驶稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统
本技术涉及智能汽车路径跟踪
，具体是一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统。
技术介绍
随着时代进步以及技术发展，汽车“四化”(电动化、智能化、网联化、共享化)的进程逐渐加快，具有L1(驾驶支援)、L2(部分自动化)等级自动驾驶功能的汽车已陆续上市。在实现自动驾驶的历程中，人-机共驾是一个很重要的发展阶段。而在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重，一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况，很容易造成交通事故。通常的路径跟踪控制方法，仅注重于对于汽车的轨迹控制，而忽略了驾驶员操纵行为对汽车行驶状况的影响；并且，通常的路径跟踪控制方法仅采取以汽车的质心侧向位移为控制对象，未考虑汽车航向角等行驶姿态对路径跟踪精度的影响。
技术实现思路
本技术为了解决现有技术的问题，提供了一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统，由路径规划系统规划出理想路径，路径跟踪决策系统接收理想路径信息，分别由驾驶员预测控制器、GWO姿态控制器跟踪理想路径的侧向位置以及航向角，输出方向盘转角和车轮制动力矩，通过汽车底盘执行系统的线控转向执行器、轮毂电机制动执行器调整汽车行驶状态，实现对理想路径的精准跟踪，并提高汽车的行驶稳定性。本技术提供了一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统，包括依次连接的路径规划系统、路径跟踪决策系统和汽车底盘执行系统。其中路径规划系统为汽车行车电脑中内置的路径规划程序，其可根据汽车传感器系统感知前方道路及障碍物，并规划出未来时刻的最优行驶路径。目前，路径规划系统在智能驾驶领域已得到研究应用，在此不再赘述。路径跟踪决策系统包括驾驶员预测控制器和GWO(灰狼算法)姿态控制器两个子系统，所述的预测控制器采用基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄-跟随驾驶员模型，用于描述及预测驾驶员的操纵行为，以汽车质心侧向位置与理想路径侧向位置的误差最小为控制目标，驾驶员首先预瞄前方道路，然后根据理想路径信息以及车辆当前的行驶状态(如位置、车速、加速度等)调整方向盘转角进行主动转向控制，使得车辆能以最小侧向位置误差跟随理想路径。GWO姿态控制器采用了灰狼算法，用于辅助驾驶员进行路径跟踪，以汽车横摆角与理想路径斜率的误差最小为控制目标，该控制器的输入为理想路径的斜率、汽车的横摆角速度，输出为车轮的制动力矩，进行差动制动控制。进一步改进，所述的汽车底盘执行系统包括线控转向执行器、轮毂电机制动执行器，线控转向执行器接收驾驶员预测控制器输出的方向盘转角，直接作用于转向机构，控制车轮转动；轮毂电机制动执行器接收GWO姿态控制器输出的车轮制动力矩，控制相应车轮制动，产生附加横摆力矩，调整汽车横摆角速度。本技术还提供了一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤1：路径规划系统根据传感器系统识别的道路及障碍物信号，规划出未来时刻的理想路径，并将理想路径参数传输至路径跟踪决策系统；步骤2：路径跟踪决策系统接收理想路径参数以及汽车行驶状态参数，计算汽车当前侧向位置与理想路径侧向位置偏差，汽车当前横摆角与理想路径斜率角偏差，分别输入到驾驶员预测控制器、GWO姿态控制器，经过计算后输出方向盘转角作用于线控转向执行器，输出车轮制动力矩作用于轮毂电机制动执行器；步骤3：汽车底盘执行系统中的线控转向执行器、轮毂电机制动执行器分别接收路径跟踪决策系统输出的方向盘转角和车轮制动力矩，控制汽车按照理想路径进行行驶，实现路径跟踪的控制目标。进一步改进，步骤2)所述的GWO姿态控制器采用灰狼算法，具体为：以单只狼个体的位置X表示优化对象即汽车四个车轮的附加制动力矩，以猎物气味浓度Y表示优化目标即汽车横摆角与理想路径航向角的误差，游走步长、奔袭步长、攻击步长Step分别表示在不同的优化阶段中优化对象每一次增加或减少的量，最后输出头狼的位置即为优化对象的最优解。本技术有益效果在于：1)综合考虑了驾驶员操纵行为对当前以及未来汽车运动状态的影响，结合驾驶员模型的侧向位置误差与GWO姿态控制器的横摆角速度，提高路径跟踪的精度以及汽车的稳定性；2)灰狼算法对于不同特征的复杂函数具有较好的鲁棒性及全局收敛性能，进一步提高了控制系统的精度和效率。附图说明图1为本技术的控制系统示意图；图2为本技术中驾驶员预测控制器理论流程图；图3为本技术中灰狼算法流程图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。本技术提供了一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统，该系统如图1所示，包括依次连接的路径规划系统、路径跟踪决策系统和汽车底盘执行系统。其中路径规划系统为汽车行车电脑中内置的路径规划程序，其可根据汽车传感器系统感知前方道路及障碍物，并规划出未来时刻的最优行驶路径。目前，路径规划系统在智能驾驶领域已得到研究应用，在此不再赘述。所述的路径跟踪决策系统包括驾驶员预测控制器和GWO(灰狼算法)姿态控制器两个子系统，所述的预测控制器采用基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄-跟随驾驶员模型，用于描述及预测驾驶员的操纵行为，以汽车质心侧向位置与理想路径侧向位置的误差最小为控制目标，驾驶员首先预瞄前方道路，然后根据理想路径信息以及车辆当前的行驶状态(如位置、车速、加速度等)调整方向盘转角进行主动转向控制，使得车辆能以最小侧向位置误差跟随理想路径。GWO姿态控制器采用了灰狼算法，用于辅助驾驶员进行路径跟踪，以汽车横摆角与理想路径斜率的误差最小为控制目标，该控制器的输入为理想路径的斜率、汽车的横摆角速度，输出为车轮的制动力矩，进行差动制动控制。所述的汽车底盘执行系统包括线控转向执行器、轮毂电机制动执行器，线控转向执行器接收驾驶员预测控制器输出的方向盘转角，直接作用于转向机构，控制车轮转动；轮毂电机制动执行器接收GWO姿态控制器输出的车轮制动力矩，控制相应车轮制动，产生附加横摆力矩，调整汽车横摆角速度。本技术的工作方法为：步骤1：路径规划系统根据传感器系统识别的道路及障碍物信号，规划出未来时刻的理想路径，并将理想路径参数传输至路径跟踪决策系统；步骤2：路径跟踪决策系统接收理想路径参数以及汽车行驶状态参数，计算汽车当前侧向位置与理想路径侧向位置偏差，汽车当前横摆角与理想路径斜率角偏差，分别输入到驾驶员预测控制器、GWO姿态控制器，经过计算后输出方向盘转角作用于线控转向执行器，输出车轮制动力矩作用于轮毂电机制动执行器；如图2所示，上述步骤2中，驾驶员预测控制器的具体方法为：步骤2.1.1：假设当前时刻为t0，读取汽车的实际侧向位置为Y(t0)，纵向速度为vx，侧向速度为vy，选定驾驶员预瞄时间T，驾驶员预瞄前方vx*T处的路径，获取预瞄点处的路径侧向位置Y(t0+T)；步骤2.1.2：若汽车此时以理想侧向加速度ay*做侧向匀加速运动，可在T时刻后到达目标轨迹点，则有：...

【技术保护点】
1.一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统，其特征在于：包括依次连接的路径规划系统、路径跟踪决策系统和汽车底盘执行系统，其中路径跟踪决策系统包括驾驶员预测控制器和GWO姿态控制器两个子系统，所述的预测控制器采用基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄-跟随驾驶员模型，GWO姿态控制器采用了灰狼算法。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制系统，其特征在于：包括依次连接的路径规划系统、路径跟踪决策系统和汽车底盘执行系统，其中路径跟踪决策系统包括驾驶员预测控制器和GWO姿态控制器两个子系统，所述的预测控制器采用基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄-跟随驾驶员模型，GWO姿态控制器采用了灰狼算法。


2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛召浩，赵又群，闫茜，周凯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32