一种高速场景下的路径跟踪控制方法技术

一种高速场景下的路径跟踪控制方法，包括在车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，获取车辆在坐标系下的坐标为（x,y,ψ）和车辆的速度为v，车辆偏航率为r的步骤，本发明专利技术设计了一个混合MPC和PID的串联控制回路，带有侧滑补偿的运动模型MPC产生偏航率参考信号，内部PID控制回路快速跟踪来自外部偏航率参考，通过附加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。

【技术实现步骤摘要】
一种高速场景下的路径跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于汽车领域，具体涉及一种高速场景下的路径跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机技术和传感器技术的进步，自动驾驶汽车的研究取得了巨大的成就。路径跟踪是自动驾驶车辆的重要组成部分之一，其目的是通过控制车辆的横向和纵向运动来跟随所需要的路径或轨迹。众所周知,车辆运动学模型不适合高速路径跟踪,因为他们是不准确地区轮胎力饱和,该控制器基于运动学模型遵循所需的路径,从低速到高速甚至在处理的极限。。采用PI主动前轮转向控制对横摆角速度跟踪误差进行控制，在提高车辆转向动力学性能的同时，克服了不断扰动和参数变化的综合影响。将偏航率基准作为外部控制回路的控制输入:该控制回路采用侧向偏移的PID控制来抑制曲率上随时间线性增加的扰动。

技术实现思路

[0003]根据上述车辆运动模型不适合高速路径跟踪。为解决以上技术问题，所述本专利技术通过如下技术方案实现：
[0004]一种高速场景下的路径跟踪控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0005]步骤1：车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，以目标跟踪点为原点构造坐标系；
[0006]通过车辆ECU获取当前时刻车辆的位置信息(x,y,ψ)、速度v、偏航率r；
[0007]步骤2：将得到的车辆坐标信息和速度信息输出到带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器和如下目标方程，得到期望偏航率r(d)
[0008][0009]s.t.z0＝z(t),u
‑1＝u(t
‑
t
s
)；
[0010]z
i+1
＝f(z
i
,u
i
)；i＝0,Λ,H
p
‑
1；
[0011][0012][0013]步骤3：将从MPC控制器得到的期望偏航率r(d)和偏航率r,速度v输入PID得到δ(f),
[0014][0015]其中a0为动态控制中引入的附加控制，Kp1为比例控制参数，Ki1为积分控制参数值，来自偏航率r的反馈通过改变转向动力学的特征值位移来改善瞬态；
[0016]步骤4：再将得到的数据信息δ
f
传输给车辆ECU，ECU对车辆状态进行调整，然后再进行下一时刻的运动控制，重复步骤1、2、3形成一个回路。
[0017]本专利技术有益效果在于：设计了一个混合MPC和PID的串联控制回路，带有侧滑补偿的运动模型MPC产生偏航率参考信号，内部PID控制回路快速跟踪来自外部偏航率参考，通过附加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。
附图说明
[0018]图1为本专利技术MPC实验数据反馈图；
[0019]图2为本专利技术架构图。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例：如图1、2所示，一种高速场景下的路径跟踪控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0022]步骤1：车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，以目标跟踪点为原点构造坐标系；
[0023]通过车辆ECU获取当前时刻车辆的位置信息(x,y,ψ)、速度v、偏航率r；
[0024]步骤2：将得到的车辆坐标信息和速度信息输出到带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器和如下目标方程，得到期望偏航率r(d)
[0025][0026]s.t.z0＝z(t),u
‑1＝u(t
‑
t
s
)；
[0027]z
i+1
＝f(z
i
,u
i
)；i＝0,Λ,H
p
‑
1；
[0028][0029][0030]步骤3：将从MPC控制器得到的期望偏航率r(d)和偏航率r,速度v输入PID得到δ(f),
[0031][0032]其中a0为动态控制中引入的附加控制，Kp1为比例控制参数，Ki1为积分控制参数值，来自偏航率r的反馈通过改变转向动力学的特征值位移来改善瞬态；
[0033]步骤4：再将得到的数据信息δ
f
传输给车辆ECU，ECU对车辆状态进行调整，然后再进行下一时刻的运动控制，重复步骤1、2、3形成一个回路。
[0034]车辆在速度为60km/小时下的弯道试验，得到的信息如图1所示，其中蓝色为提出方案的实际效果，黑色是修改动力学模型MPC,绿色为动力学模型MPC；通过对比，可以得出本方案附加偏航率反馈显著降低了驾驶机动的跟踪误差。
[0035]本专利技术是设计一个混合MPC和PID串级控制回路，外部控制回路采用带有车辆侧滑
补偿的运动MPC控制器产生偏航率参考信号，内部PID控制回路用于快速跟踪来自外部的偏航率参考，通过附加偏航率反馈来显著降低驾驶机动的跟踪误差。
[0036]该方法是基于MPC和PID控制设计了一种横向控制模型，其中，包括带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器、比列
‑
积分
‑
微分PID调节、车辆ECU；首先，通过车辆ECU获取车辆的行驶信息，根据所述的行驶信息来确定所述车辆的车辆状态；其次，外部控制回路MPC控制器接收车辆瞬时状态参数和相应的参考路径输出产生期望偏航率的参考信号，再者，所述的比列
‑
积分
‑
微分PID将得到的由车辆输出的真实偏航率与期望偏航率进行处理，得到的数据传输给车辆，形成一个闭合的回路。该方法附加偏航率的反馈可以显著降低几乎所有驾驶机动的跟踪误差，因为它改善了系统的瞬态。
[0037]一种车辆ECU可读存储介质，其特征在于，所述车辆ECU读存储介质存储有一个或多个程序指令，所述程序指令被处理器执行时，完成权利要求1所述方法相应步骤。上述本专利技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0038]上面结合附图对本专利技术的实施例进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本专利技术的保护之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速场景下的路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：车辆在参考路径行驶时，获取当时时刻车辆的位置和速度信息，根据设定的期望几何路径，获取车辆在坐标系下的坐标为(x,y,ψ)和车辆的速度为v，车辆偏航率为r；步骤2：将得到的车辆坐标信息和速度信息输出到带有侧滑补偿的运动模型的MPC控制器，通过对车辆当前时刻车辆位置信息及速度信息进一步处理，带入如下优化目标方程，得到期望偏航率r(d),s.t.z0＝z(t),u
‑1＝u(t
‑
t
s
)；z
i+1
＝f(z
i
,u
i
)；i＝0,Λ,H
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李悦，李凯，田小青，江辉，陈静，
申请(专利权)人：东风悦享科技有限公司，
类型：发明
国别省市：