[发明专利]车辆路径跟踪预测控制器及FPGA异构加速实现方法

说明书

一种车辆路径跟踪预测控制器及FPGA异构加速实现方法，属于控制技术领域。本发明的目的是采用支持向量机学习车辆系统特性，进而建立车辆支持向量机模型，基于模型预测控制实现车辆路径跟踪的控制，最后对控制器进行FPGA异构加速的方法。本发明对选择的三个车辆状态量分别进行支持向量机模型训练，每一个模型训练样本包含六个输入和一个输出，设计车辆路径跟踪预测控制器。本发明能够有效的得到结构简单、包含车辆系统全部信息的面向控制器设计的车辆模型，使控制器满足系统全部工况需求，同时提高车辆路径跟踪预测控制器的计算速度，满足系统实时性要求和低成本的计算、存储需求，同时控制算法在软硬件之间移植方便，大大降低了系统开发难度。

技术领域

本发明属于控制技术领域。

背景技术

自主驾驶系统主要由三个模块组成：感知系统、规划系统和控制系统，其中路径跟踪控制系统作为自主驾驶系统的关键技术之一，对其进行研究具有重要意义。路径跟踪控制的主要目标是根据规划出的期望行驶路径，通过对车辆的转向系统及驱动制动系统进行控制，在保证安全的前提下，控制车辆按照期望的道路行驶，完成驾驶过程。因此，如何设计控制器，使车辆系统能够快速的跟踪上期望路径，同时保证车辆行驶过程中的稳定性，并且满足汽车电控系统的实时性、小型化、低成本等需求，一直是车辆路径跟踪控制问题的关键。针对车辆路径跟踪控制，主要有以下问题：

1.车辆系统的结构复杂，在传统设计控制器的方法中，使用低自由度车辆模型无法包含车辆全部动态特性，导致设计的控制器无法满足车辆行驶的全部工况需求；而使用高自由度车辆模型进行控制器设计，大大增加了控制器的设计难度，并且为控制器带来了大量的计算负担；

2.对于控制器的硬件加速实现，传统基于硬件描述语言的FPGA实现方法依赖于手动生成的不同寄存器传输级(RTL)设计，开发人员需要深入了解FPGA设备的底层架构，包括时序收敛、状态机控制和精确的时钟周期实现，而且，为满足应用程序对时间的需求，开发过程中需要通过多次调试修改硬件描述语言代码，导致开发难度大，开发周期长；并且车辆控制系统对控制器低成本的计算、存储和设计代价的要求逐渐提升，且对系统的灵活性和通信能力要求逐渐提高，单一的FPGA芯片实现方案逐渐不能满足需求。

发明内容

本发明的目的是采用支持向量机学习车辆系统特性，进而建立车辆支持向量机模型，基于模型预测控制实现车辆路径跟踪的控制，最后对控制器进行FPGA异构加速的方法。

本发明的步骤是：

一、对选择的三个车辆状态量分别进行支持向量机模型训练，每一个模型训练样本包含六个输入和一个输出，

①对三个支持向量机模型分别建立如下训练样本：

车辆纵向速度v_x训练样本：

车辆侧向速度v_y训练样本：

车辆横摆角速度训练样本：

②训练完成后得到三个支持向量机模型，分别为：

车辆纵向速度v_x支持向量机模型

车辆侧向速度v_y支持向量机模型

车辆横摆角速度支持向量机模型