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基于Frenet坐标系和控制延时补偿的智能车辆路径跟踪

论文摘要

对智能车辆路径跟踪问题中存在的控制延时问题进行研究。前轮转角表述为纯滞后和1阶惯性延时的串联结构模型,通过使用Matlab/Simulink建立转向控制延时模型,并对实车采集的转向控制数据进行分析,完成延时模型的参数辨识;基于V-REP和ROS搭建仿真测试平台,根据延时模型的辨识结果模拟转向响应特性,实现与实车转向特性等效的控制延时效果;基于Frenet坐标系和运动学、动力学模型构建不考虑控制延时和考虑控制延时的模型预测控制（MPC）路径跟踪控制器,使得控制器可以直接扩展到多车编队行驶场景;在V-REP仿真环境中设置以5 m/s、10 m/s、20 m/s车速采集的变曲率参考路径,先针对无延时系统考察不考虑控制延时的MPC路径跟踪控制器,获得了平均跟踪误差低于0. 22 m的控制效果,验证了不考虑控制延时的MPC控制器在处理无延时车辆系统路径跟踪问题的跟踪性能,再针对大延时车辆系统对比测试两种MPC控制器。试验结果表明:考虑控制延时的MPC控制器相比不考虑控制延时的MPC控制器取得了较大的效果提升,特别是在最大跟踪误差和航向误差指标上表现优异,平均跟踪误差降低了83. 7%,最大跟踪误差降低了74. 4%;对于高延时系统,低速工况下考虑延时的运动学MPC表现更好,而高速工况动力学MPC表现出了更加稳定的跟踪性能,20 m/s延时试验中仅考虑控制延时的动力学MPC控制器安全地跑完了全程。

论文目录

  • 0 引言
  • 1 基于Frenet坐标系的车辆运动模型
  • 2 电控转向系统建模
  •   2.1 电控转向系统
  •   2.2 基于实车数据的转向延时模型
  •   2.3 仿真模拟
  • 3 基于Frenet坐标系的MPC路径跟踪算法
  •   3.1 不考虑控制延时的MPC路径跟踪算法
  •   3.2 考虑控制延时的MPC路径跟踪算法
  • 4 仿真实验与分析
  •   4.1 仿真环境搭建
  •   4.2 不考虑控制延时的MPC路径跟踪实验
  •   4.3 考虑控制延时的MPC路径跟踪低速实验
  •   4.4 考虑控制延时的MPC路径跟踪高速实验
  •   4.5 计算耗时分析
  • 5 结论

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 王威,陈慧岩,马建昊,刘凯,龚建伟

    关键词: 智能车辆,路径跟踪,延时建模,模型预测控制

    来源: 兵工学报 2019年11期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅱ辑,信息科技

    专业: 公路与水路运输,计算机软件及计算机应用

    单位: 北京理工大学机械与车辆学院

    基金: 国家部委预先研究项目(LZY20193005)

    分类号: U495

    页码: 2336-2351

    总页数: 16

    文件大小: 1624K

    下载量: 240

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/f67c5d2eb7e7078a0df89b51.html