一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法及系统，该方法包括：建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型；将所述行驶轨迹预测模型导入车身坐标系，利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数；对所述优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制。本发明专利技术所提供的铰接式车辆速度调节控制方法有效解决了现有速度调节控制方法调整幅度有限，以及调整平滑度不足等问题。以及调整平滑度不足等问题。以及调整平滑度不足等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人驾驶铰接式车辆的运动控制
，特别涉及一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法及系统。

技术介绍

[0002]铰接式车辆是一种常用于矿山、建筑等行业的特种车辆，其运动控制难度较大。传统的无人驾驶铰接式车辆运动控制通常将纵向速度调节控制与横向路径跟踪控制分开考虑，但是有文献指出，由于铰接式车辆的转向机构响应速度有限，纵向速度会对路径跟踪控制的效果造成较大影响(Bai G,Meng Y,Liu L,et al.A new path tracking method based on multilayer model predictive control[J].Applied sciences,2019,9(13):2649)。对此，该文献提出了一种基于多层模型预测控制的路径跟踪控制方法，以通过主动调节纵向速度来提高路径跟踪控制的精确性。不过该方法仅能以固定的间隔调整纵向速度，每两个控制周期之间的纵向速度变化幅度无法变化。因此，该方法虽能够通过主动调节铰接式车辆纵向速度提高路径跟踪控制的精确性，但在调整幅度和平滑性方面仍然存在不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法及系统，以解决现有的速度调节控制方法在调节铰接式车辆纵向速度以提高路径跟踪控制精确性时调整幅度有限以及调整平滑度不足的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：/>[0005]一方面，本专利技术提供了一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法，所述基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法包括：
[0006]建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型；
[0007]将所述行驶轨迹预测模型导入车身坐标系，利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数；
[0008]对所述优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制。
[0009]进一步地，所述建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型，包括：
[0010]建立如下的铰接式车辆运动学模型：
[0011][0012]其中，L
f
为铰接式车辆的前车桥至铰接点的距离，L
r
为铰接式车辆的后车桥至铰接点的距离，x
f
、y
f
为铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的坐标，v
f
为铰接式车辆的纵
向速度，θ
f
为航向角，ω
γ
为铰接角速度，γ为铰接角；
[0013]在进行偏航预警时，模型的输入量铰接角速度ω
γ
已知，假设未来的铰接角速度均为0，得一系列铰接角速度，公式如下：
[0014][0015]其中，ω
γ
(t)为初始时刻的铰接角速度，ω
γ
(t|t)为t时刻的铰接角速度，ω
γ
(t+i|t)为t+i时刻的铰接角速度，i＝1,2,
…
,p
‑
1，p为预测步数；
[0016]以欧拉法离散模型，计算获得未来的铰接角，公式如下：
[0017][0018]其中，γ(t|t)为t时刻的铰接角，γ(t+i|t)为t+i时刻的铰接角，i＝1,2,
…
,p，T为预测周期；
[0019]在计算未来的航向角时假设纵向速度恒定为并将未来航向角的计算导入车身坐标系中，即假设航向角初始值为0，得到：
[0020][0021]其中，θ
f
(t+i|t)为t+i时刻的航向角，i＝1,2,
…
,p；
[0022]横、纵坐标的初始值也假设为0，得到：
[0023][0024][0025]其中，x
f
(t+i|t)为t+i时刻的铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的x坐标，y
f
(t+i|t)为t+i时刻的铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的y坐标；
[0026]令：
[0027][0028]即为铰接式车辆行驶轨迹预测模型。
[0029]进一步地，所述利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数，包括：
[0030]在所述行驶轨迹预测模型已被导入车身坐标系的情况下，将车辆前方参考路径上的p个参考点也导入车身坐标系，得到：
[0031][0032]其中，x
ref
(t+i|t)、y
ref
(t+i|t)为参考路径的坐标，θ
ref
(t+i|t)为参考路径的航向角，x
refGC
(t+i|t)、y
refGC
(t+i|t)为全局坐标系下的参考路径的坐标，x
GC
(t)、y
GC
(t)为全局坐标系下的初始坐标，θ
GC
(t)为全局坐标系下的初始航向角，θ
refGC
(t+i|t)为全局坐标系下的参考路径的航向角；
[0033]将上式写为矢量形式，得到：
[0034][0035]将参考信息拟合为纵向速度的函数，得到：
[0036][0037]其中，f
x
(iv
f
T)为横坐标关于纵向速度的函数，f
y
(iv
f
T)为纵坐标关于纵向速度的函数，f
θ
(iv
f
T)为航向角关于纵向速度的函数；
[0038]将优化目标函数设计为：
[0039][0040]其中：
[0041][0042]其中，q
x
、q
y
和q
θ
分别为横坐标方向位移误差权重、纵坐标方向位移误差权重和航向误差权重。
[0043]进一步地，对优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制，包括：
[0044]求解所述优化目标函数的最小值，获得能够使铰接式车辆偏离参考路径较少的且较快的纵向速度，实现铰接式车辆速度调节控制。
[0045]另一方面，本专利技术还提供了一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制系统，所述基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制系统包括：
[0046]行驶轨迹预测模型构建模块，用于建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型；
[0047]车辆偏航预警优化目标函数设计模块，用于将所述行驶轨迹预测模型构建模块构建的行驶轨迹预测模型导入车身坐标系，利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数；
[0048]优化目标函数求解模块，用于对所述车辆偏航预警优化目标函数设计模块设计的优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法，其特征在于，包括：建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型；将所述行驶轨迹预测模型导入车身坐标系，利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数；对所述优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制。2.如权利要求1所述的基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法，其特征在于，所述建立铰接式车辆行驶轨迹预测模型，包括：建立如下的铰接式车辆运动学模型：其中，L
f
为铰接式车辆的前车桥至铰接点的距离，L
r
为铰接式车辆的后车桥至铰接点的距离，x
f
、y
f
为铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的坐标，v
f
为铰接式车辆的纵向速度，θ
f
为航向角，ω
γ
为铰接角速度，γ为铰接角；在进行偏航预警时，模型的输入量铰接角速度ω
γ
已知，假设未来的铰接角速度均为0，得一系列铰接角速度，公式如下：其中，ω
γ
(t)为初始时刻的铰接角速度，ω
γ
(t|t)为t时刻的铰接角速度，ω
γ
(t+i|t)为t+i时刻的铰接角速度，i＝1,2,
…
,p
‑
1，p为预测步数；以欧拉法离散模型，计算获得未来的铰接角，公式如下：其中，γ(t|t)为t时刻的铰接角，γ(t+i|t)为t+i时刻的铰接角，i＝1,2,
…
,p，T为预测周期；在计算未来的航向角时假设纵向速度恒定为并将未来航向角的计算导入车身坐标系中，即假设航向角初始值为0，得到：
其中，θ
f
(t+i|t)为t+i时刻的航向角，i＝1,2,
…
,p；横、纵坐标的初始值也假设为0，得到：横、纵坐标的初始值也假设为0，得到：其中，x
f
(t+i|t)为t+i时刻的铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的x坐标，y
f
(t+i|t)为t+i时刻的铰接式车辆的前车桥中心在全局坐标系中的y坐标；令：即为铰接式车辆行驶轨迹预测模型。3.如权利要求2所述的基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法，其特征在于，所述利用车身坐标系对车辆横、纵向坐标与航向角解耦，在车身坐标系中设计铰接式车辆偏航预警优化目标函数，包括：在所述行驶轨迹预测模型已被导入车身坐标系的情况下，将车辆前方参考路径上的p个参考点也导入车身坐标系，得到：
其中，x
ref
(t+i|t)、y
ref
(t+i|t)为参考路径的坐标，θ
ref
(t+i|t)为参考路径的航向角，x
refGC
(t+i|t)、y
refGC
(t+i|t)为全局坐标系下的参考路径的坐标，x
GC
(t)、y
GC
(t)为全局坐标系下的初始坐标，θ
GC
(t)为全局坐标系下的初始航向角，θ
refGC
(t+i|t)为全局坐标系下的参考路径的航向角；将上式写为矢量形式，得到：将参考信息拟合为纵向速度的函数，得到：其中，f
x
(iv
f
T)为横坐标关于纵向速度的函数，f
y
(iv
f
T)为纵坐标关于纵向速度的函数，f
θ
(iv
f
T)为航向角关于纵向速度的函数；将优化目标函数设计为：其中：其中，q
x
、q
y
和q
θ
分别为横坐标方向位移误差权重、纵坐标方向位移误差权重和航向误差权重。4.如权利要求1所述的基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控制方法，其特征在于，对所述优化目标函数进行求解，实现铰接式车辆速度调节控制，包括：求解所述优化目标函数的最小值，获得能够使铰接式车辆偏离参考路径较少的且较快
的纵向速度，实现铰接式车辆速度调节控制。5.一种基于偏航预警的铰接式车辆速度调节控...

【专利技术属性】
技术研发人员：白国星，董国新，刘立，孟宇，常鑫睿，王家轩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：