基于Frenet坐标系和控制延时补偿的智能车辆路径跟踪

• 作者: 刘凯 王威 陈慧岩 马建昊 龚建伟
• 来源期刊: 兵工学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 智能车辆 路径跟踪 延时建模 模型预测控制
• 年，卷（期）: 2019,（11）
• 页码范围: 2336-2351
• 页数: 16页
• 分类号: U469.79
• 字数: 5308字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.11.019

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.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	陈慧岩	北京理工大学机械与车辆学院	212	2164	23.0	35.0
2	龚建伟	北京理工大学机械与车辆学院	62	761	16.0	26.0
3	刘凯	北京理工大学机械与车辆学院	18	117	5.0	10.0
4	王威	北京理工大学机械与车辆学院	3	1	1.0	1.0
5	马建昊	北京理工大学机械与车辆学院	1	0	0.0	0.0