CN113721454B - 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法 - Google Patents

一种铰接式车辆路径跟踪控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113721454B
CN113721454B CN202111035734.XA CN202111035734A CN113721454B CN 113721454 B CN113721454 B CN 113721454B CN 202111035734 A CN202111035734 A CN 202111035734A CN 113721454 B CN113721454 B CN 113721454B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
path
error
front axle
axle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111035734.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113721454A (zh
Inventor
姚宗伟
王永
戴红灿
赵全晓
张震之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202111035734.XA priority Critical patent/CN113721454B/zh
Publication of CN113721454A publication Critical patent/CN113721454A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113721454B publication Critical patent/CN113721454B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铰接式车辆路径跟踪控制方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，根据前车体的路径参考点和铰接式车辆模型，计算后车体路径参考点；步骤S2，获得车辆当前的位置；步骤S3，找到距离前、后桥最近的路径点；步骤S4，根据最近的路径点向前方搜索N个点作为前、后桥的预瞄点；步骤S5，计算前桥预瞄位置误差、航向误差、后桥预瞄位置误差和航向误差；步骤S6，将全部误差输入到路径跟踪控制器中；步骤S7，根据PID控制器计算出控制量对车辆进行转向控制。本发明专利对铰接式车辆进行前后桥路径规划，计算前后桥的预瞄位置偏差和航向偏差，通过控制器计算出控制量对铰接式车辆进行转向控制，实现铰接式车辆路径跟踪控制。

Description

一种铰接式车辆路径跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及车辆行驶路径控制技术领域，具体是一种铰接式车辆路径跟踪控制方法。
背景技术
铰接式车辆由前后两部分车体组成，中间由铰接机构连接，这种结构可以减小转弯半径，提升车辆的操纵稳定性，更好的适应非结构环境。然而由于其恶劣的工作环境，以及频繁的加速转向等操纵，会影响驾驶员的健康和工作效率。铰接式车辆的无人驾驶是改善这种情况的途径，路径跟踪控制方法是实现自动驾驶的核心技术之一。因此，具有较好的跟踪精度和跟踪稳定性的适用于铰接式车辆的路径跟踪控制方法对铰接式车辆的无人驾驶十分重要。
常用的路径控制方法只考虑前桥的误差或者后桥的误差，然后通过控制算法对车辆进行跟踪控制。铰接式车辆前后车体之间的铰接机构是受控转动的自由度，可以使前后车体发生一定的偏转，即铰接角，由于铰接角的存在使车辆稳定行驶的能力较差，容易产生“蛇行”、“摆尾”等现象。常用的路径控制方法一般都是应用在刚性车体、结构化道路中，对于铰接式车辆不太适用，铰接式结构使其对路径的精确跟踪难度较高，如果不能实现精确的路径跟踪，那么就不能保证铰接式车辆安全、稳定的行驶，则铰接式车辆的无人驾驶也就无法实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铰接式车辆路径跟踪控制方法，以解决两部分车体不能很好的跟踪同一条路径的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铰接式车辆路径跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤S1，根据已有的参考路径点作为前车体的参考点，计算出后车体的路径参考点；步骤S2，获得车辆当前的位置；步骤S3，在前桥参考路径上找到距离前桥最近的路径点，在后桥参考路径上找到距离后桥最近的路径点；步骤S4，以距离前桥最近的点作为起点，向前行驶的前方搜索N个点，作为预瞄点，同理可以计算出后桥的预瞄点；步骤S5，计算车辆前桥预瞄位置误差和航向误差，以及计算车辆后桥的预瞄位置误差和航向误差；步骤S6，将计算出的前桥的预瞄误差、航向误差与后桥的预瞄位置误差和航向误差输入到路径跟踪控制器中；步骤S7，路径跟踪控制器计算出铰接式车辆的控制量对车辆进行转向控制；步骤S8，当控制车辆到达下一采样时刻时，重复步骤S2-S7。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述路径跟踪控制器包括模糊推理模块和PID控制器，所述模糊推理模块用于粗略推理出PID控制器参数，所述PID控制器通过PID算法进行计算，得到控制量。
在一种可选方案中：所述路径跟踪控制器还包括权重分配模块，所述权重分配模块用于分配前后桥PID控制器计算出的控制量在总控制量中所占的权重。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)该控制方法能够实现铰接式车辆无人驾驶，不需要驾驶员操作，提升铰接式车辆的工作效率，降低驾驶事故的发生率。
(2)因其铰接式特殊的结构，前后桥车体的行驶路线不在同一条路径上，根据铰接式车辆的转向模型对铰接式车辆前后桥进行路径规划，相比于传统的只对前桥或者只对后桥进行路径规划，本方法采用前、后桥双路径规划，可以更准确的求出前后桥的跟踪误差，更好的实现铰接式车辆路径跟踪。
(3)将预瞄控制与PID控制进行结合，可以预判车辆前方的跟踪误差，提前对车辆进行控制。
(4)在PID控制方面，不仅计算前桥的误差，也计算出后桥的误差，相比于传统的控制方法只考虑前桥的误差，此方法可以使前后桥都可以跟踪上参考路径，提高路径跟踪的精度和稳定性。
本发明专利对铰接式车辆进行前后桥路径规划，然后计算出前后桥的预瞄位置偏差和航向偏差，通过模糊PID控制器计算出控制量对铰接式车辆进行路径跟踪控制。这样可以提高铰接式车辆跟踪精度，也可以提高车辆稳定行驶的能力。
附图说明
图1为本发明中的路径跟踪控制流程图整体结构示意图。
图2为本发明中的路径跟踪控制器结构示意图。
图3为本发明中的铰接式车辆转向模型结构示意图。
图4为本发明中的前桥中点参考路径结构示意图。
图5为本发明中的后桥中点参考路径结构示意图。
图6为本发明中的铰接式车辆前桥的偏差结构示意图。
图7为本发明中的铰接式车辆后桥的偏差结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
一种铰接式车辆路径跟踪控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据已有的参考路径点作为前车体的参考点，计算出后车体的路径参考点；
步骤S2，获得车辆当前的位置；
步骤S3，在前桥参考路径上找到距离前桥最近的路径点，在后桥参考路径上找到距离后桥最近的路径点；
步骤S4，以距离前桥最近的点作为起点，向前行驶的前方搜索N个点，作为预瞄点，同理可以计算出后桥的预瞄点；
步骤S5，计算车辆前桥预瞄位置误差和航向误差，计算车辆后桥预瞄位置误差和航向误差；
步骤S6，将计算出的前桥的预瞄位置误差、航向误差与后桥的预瞄位置误差和航向误差输入到路径跟踪控制器中；
步骤S7，路径跟踪控制器计算出铰接式车辆的控制量对车辆进行转向控制；
步骤S8，当控制车辆到达下一采样时刻时，重复步骤S2-S7；
所述路径跟踪控制器包括模糊推理模块和PID控制器，所述模糊推理模块用于粗略推理出PID参数，所述PID控制器通过PID算法进行计算，得到控制量；所述路径跟踪控制器还包括权重分配模块，所述权重分配模块用于分配前后桥PID控制器计算出的控制量在总控制量中所占的权重；
因铰接式车辆为两部分车体组成，前后两部分车体通常不在同一条路径上，需要对前后两部分车体进行路径规划。可以根据前车体的参考路径，计算出后车体的参考路径。
转弯半径可以由行驶路径相邻的三个参考点计算出来，设路径参考点为Pfi(Xfi，Yfi)，其相邻的两个参考点为Pfi-1(Xfi-1，Yfi-1)，Pfi+1(Xfi+1，Yfi+1)
Figure BDA0003245928630000041
Figure BDA0003245928630000042
Figure BDA0003245928630000043
根据图3可知，装载机前桥转向半径Rf与铰接角γ之间的关系为：
Rf＝AO
Figure BDA0003245928630000051
AD＝lfcosγ+lr
Figure BDA0003245928630000052
R＝Rf
Figure BDA0003245928630000053
当车辆向前行驶时，得到车辆后桥的路径为：
Xri＝Xfi-lfcosθ1-lrcos(γ-θ1)
Yri＝Yfi-lfsinθ1-lrsin(γ-θ1)
铰接式车辆当前的位置为前桥中点的横坐标xf、前桥中点的纵坐标yf、前桥的航向角θf，以及铰接角γ可以由导航传感器和转角传感器获得，则后桥中点的横坐标xr、后桥中点的纵坐标yr、后桥的航向角θr可以由以下公式计算得：
xr＝xf-lfcosθf-lrcosθr
yr＝yr-lfsinθf-lrsinθr
θr＝θf-γ
根据下式可以计算出当前时刻t下，当前车辆前桥中点Df(xf(t)，yf(t))与前桥参考路径之间的距离Df，找出Df最小的路径点，该点Pfi(Xfi，Yfi)为距离前桥中心最近的路径参考点：
Figure BDA0003245928630000054
根据计算距离前桥中心最近的路径参考点，同样可以计算出距离后桥中心最近的路径参考点Pri(Xri，Yri)。
以找到的距离前桥中心最近的路径参考点Pfi(Xfi，Yfi)为起点，根据铰接式车辆的行驶速度v(t)，κ为预瞄常数，以κv(t)为预瞄距离，沿着参考路径向前搜索k个点作为预瞄点Pfi+k(Xfi+k，Yfi+k)，如图4所示；
根据计算前桥中心预瞄点的方法，同样可以计算出后桥中心的预瞄点Pri+k(Xri+k，Yri+k)，如图5所示；
将车辆前桥简化为一个点，以车辆前桥的行驶方向为x轴，驾驶室左侧为y轴建立车辆坐标系，如图6所示，将预瞄点的坐标转化到车辆坐标系下，求解公式如下，然后计算出前桥的位置误差和航向误差。
yri+k＝-(Xfi+k-xf(t))sinθf+(Yfi+k+yf(t))cosθf
前桥的位置偏差df为：
df＝yri+k
即：
df＝-(Xfi+k-xf(t))sinθf+(Yfi+k+yf(t))cosθf
前桥的航向偏差
Figure BDA0003245928630000061
为：
Figure BDA0003245928630000062
根据计算前桥的偏差计算，同样可以计算出后桥的偏差，铰接式车辆后桥的偏差如图7所示，位置偏差dr为：
dr＝-(Xri+k-xr(t))sinθr+(Yri+k+yr(t))cosθr
后桥的航向偏差
Figure BDA0003245928630000063
为：
Figure BDA0003245928630000064
PID控制器的计算公式如下：
Figure BDA0003245928630000065
模糊控制器是根据相应的控制需要去编写相应的模糊规则，铰接式车辆的控制思想如下：
(1)当位置偏差和航向偏差较大时，为了避免产生较大的超调量，Kp应尽量取小值，随着铰接式车辆行驶，偏差开始减小，这个时候增大Kp。当位置偏差较小，航向偏差较大时，Kp应继续增大，可以使铰接式车辆提前回正，减小车辆的超调量。
(2)Ki的作用是消除***的稳定误差，提高***的控制精度，但是也会影响***的震动幅值。当位置偏差和航向偏差比较大时，Ki取较小值，防止***出现大的震荡；当偏差较小时，增大Ki可以提高跟踪精度。
(3)Kd可以抑制***的超调量。当位置偏差和航向偏差较大时，Kd取较大的值，可以减小***的超调量；当偏差较小时，Kd应取较小的值，这时Ki可以更大的发挥作用，使铰接式车辆更好的跟踪参考路径。
将计算出的前桥的位置偏差df与前桥的航向偏差
Figure BDA0003245928630000071
输入到模糊PID控制器中，输出为铰接角的变化量Δδ1。
同样的，将计算出的后桥的位置偏差dr与后桥的航向偏差
Figure BDA0003245928630000072
输入到模糊PID控制器中，输出为铰接角的变化量Δδ2。
将求出的铰接角变化量Δδ1和Δδ2进行加权求和，根据以下计算公式，得到铰接角的变化量Δδ。
Figure BDA0003245928630000073
通过控制液压缸的收缩可以实现铰接式车辆的转向，从而使车辆准确平稳地跟踪上参考路径。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种铰接式车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，根据已有的参考路径点作为前车体的参考点，计算出后车体的路径参考点；
步骤S2，获得车辆当前的位置；
步骤S3，在前桥参考路径上找到距离前桥最近的路径点，在后桥参考路径上找到距离后桥最近的路径点；
步骤S4，以距离前桥最近的点作为起点，向前行驶的前方搜索N个点，作为预瞄点，同理计算出后桥的预瞄点；
步骤S5，计算车辆前桥预瞄位置误差和航向误差，计算车辆后桥位置误差和航向误差；
步骤S6，将计算出的前桥的预瞄误差、航向误差与后桥的位置误差和航向误差输入到路径跟踪控制器中；
将车辆前桥简化为一个点，以车辆前桥的行驶方向为x轴，驾驶室左侧为y轴建立车辆坐标系，将预瞄点的坐标转化到车辆坐标系下，求解公式如下，然后计算出前桥的位置误差和航向误差；
yri+k＝-(Xfi+k-xf(t))sinθf+(Yfi+k+yf(t))cosθf
前桥的位置偏差df为：
df＝yri+k
即：
df＝-(Xfi+k-xf(t))sinθf+(Yfi+k+yf(t))cosθf
前桥的航向偏差
Figure FDA0004007374160000011
为：
Figure FDA0004007374160000012
根据计算前桥的偏差计算，同样可以计算出后桥的偏差，位置偏差dr为：
dr＝-(Xri+k-xr(t))sinθr+(Yri+k+yr(t))cosθr
后桥的航向偏差
Figure FDA0004007374160000021
为：
Figure FDA0004007374160000022
步骤S7，路径跟踪控制器计算出铰接式车辆铰接角速度对车辆进行转向控制；其中
将计算出的前桥的位置偏差df与前桥的航向偏差
Figure FDA0004007374160000023
输入到模糊PID控制器中，输出为铰接角的变化量Δδ1；
同样的，将计算出的后桥的位置偏差dr与后桥的航向偏差
Figure FDA0004007374160000024
输入到模糊PID控制器中，输出为铰接角的变化量Δδ2；
将求出的铰接角变化量Δδ1和Δδ2进行加权求和，根据以下计算公式，得到铰接角的变化量Δδ：
Figure FDA0004007374160000025
步骤S8，对车辆进行转向控制，控制车辆到达下一采样时刻时，重复步骤S2-S7。
2.根据权利要求1所述的铰接式车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S4中搜索的点至少为六个点。
3.根据权利要求1所述的铰接式车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述路径跟踪控制器包括模糊推理模块、PID控制器和执行机构，所述模糊推理模块用于粗略推理计算后的误差，所述PID控制器通过算法进行统计分析并得出准确参考路径；所述执行机构用于根据PID控制器得出参考路径控制车辆行驶。
4.根据权利要求3所述的铰接式车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述路径跟踪控制器还包括权重分配模块，所述权重分配模块用于分配前桥的预瞄误差、航向误差与后桥的位置误差和航向误差在总误差中所占权重。
CN202111035734.XA 2021-09-03 2021-09-03 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法 Active CN113721454B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111035734.XA CN113721454B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111035734.XA CN113721454B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113721454A CN113721454A (zh) 2021-11-30
CN113721454B true CN113721454B (zh) 2023-02-24

Family

ID=78681668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111035734.XA Active CN113721454B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113721454B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117284277B (zh) * 2023-11-27 2024-02-13 理工雷科智途(北京)科技有限公司 一种基于分级转向的井下铰接式无人车路径跟踪方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10239555B2 (en) * 2015-11-19 2019-03-26 Agjunction Llc Single-mode implement steering
EP4053068B1 (en) * 2019-12-30 2024-03-27 Shandong Marine Energy Co., Ltd. Lifting system with three-way motion compensation function
CN111857157A (zh) * 2020-08-03 2020-10-30 北京享云智汇科技有限公司 一种用于振动压路机运动路径的调节方法及控制***

Also Published As

Publication number Publication date
CN113721454A (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110001637B (zh) 一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置及控制方法
CN111522337B (zh) 一种基于模糊控制的多驱动轮agv导航方法
Noguchi et al. Development of a master–slave robot system for farm operations
CN108732921B (zh) 一种自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制方法
CN111006667B (zh) 高速场景下的自动驾驶轨迹生成***
CN111596671A (zh) 一种无人智能清扫车轨迹跟踪控制方法及***
CN110006419A (zh) 一种基于预瞄的车辆轨迹跟踪点确定方法
CN113104037B (zh) 一种车辆方向盘转向角度确定方法及***
CN111487976B (zh) 一种倒车轨迹跟踪方法
CN112109732A (zh) 一种智能驾驶自适应曲线预瞄方法
CN110244718B (zh) 一种可自动避障的巡视智能小车
Oliveira et al. Trajectory generation using sharpness continuous dubins-like paths with applications in control of heavy-duty vehicles
CN113721454B (zh) 一种铰接式车辆路径跟踪控制方法
CN112462760A (zh) 一种双舵轮agv路径跟踪方法
CN111137298A (zh) 一种车辆自动驾驶方法、装置、***和存储介质
CN109292018A (zh) 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法
CN111522237A (zh) 一种半挂车的避障控制方法
CN112731932B (zh) 一种移动机器人的路径跟踪方法
JP3267323B2 (ja) 無人車の制御装置
CN113914406B (zh) 一种电动装载机路径跟踪***及控制方法
CN112486018B (zh) 一种基于速度自适应预瞄的无模型无人车路径跟踪方法
CN211107381U (zh) 基于灰狼算法的智能汽车路径跟踪控制***
CN209833810U (zh) 基于rtk的六履带车辆自适应行走***
CN117519190B (zh) 一种新的铰接车辆控制方法
CN2700183Y (zh) 机械制导式自动导引车导引装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant