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無人駕駛車輛非線性模型預(yù)測跟蹤控制算法

介紹了開發(fā)先進(jìn)的無人駕駛車輛所需要的軟件和硬件平臺(tái)，并提出了一種非線性模型預(yù)測跟蹤控制算法。利用該算法可根據(jù)事先制定的參考路徑以及探測到的障礙物信息對(duì)無人駕駛車輛進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)跟蹤定位。

介紹了應(yīng)用較為廣泛的幾種路徑跟蹤控制方法，包括人工勢場法控制、運(yùn)動(dòng)控制和雙積分控制。提出了基于跟蹤控制器的非線性模型預(yù)測跟蹤控制算法，該算法基于無人駕駛車輛開環(huán)動(dòng)力學(xué)預(yù)測車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)測狀態(tài)做出相應(yīng)的控制策略。介紹了無人駕駛車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)及軟/硬件開發(fā)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)、傳感、控制、動(dòng)力系統(tǒng)和底盤。硬件系統(tǒng)包括一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、傳感器、動(dòng)力系統(tǒng)、通信單元和12個(gè)電機(jī)控制器，給出了硬件元件的裝配圖。其中，電機(jī)控制器一半用于車輪控制，另一半用于車輪支架的控制。軟件系統(tǒng)的主要作用是產(chǎn)生控制輸入，用來精確控制車輛的行為。

詳細(xì)介紹了非線性模型預(yù)測跟蹤控制算法。為驗(yàn)證該算法的有效性，通過實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)時(shí)，在無人駕駛車輛上加裝全球定位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分定位，提供分米級(jí)甚至厘米級(jí)的定位信息，車輛經(jīng)度、緯度和高度信息的更新頻率為10Hz。利用慣性測量裝置測量車身加速度。利用激光測距儀測量車輛前方180°、80m范圍內(nèi)的障礙物距離。使用雙目立體視覺相機(jī)提供操作區(qū)域的視圖，實(shí)現(xiàn)車輛的遠(yuǎn)程控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用非線性模型預(yù)測跟蹤控制算法可以控制車輛沿制定的最優(yōu)路徑行駛，其盡管還存在少量誤差，但與其它控制算法相比，可顯著降低誤差。

刊名：International Journal of

Precision Engineering and Manufacturing（英）

刊期：2014年第16期

作者：Heonyoung Lim et al

編譯：王祥