[发明专利]一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明针对多轴无人重载车辆满载质量大、重心高、惯性大以及转角需连续性变化以减少轴间载荷的转移的特点，提出了一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，通过对轨迹速度曲线的优化，使得车辆运动的速度、加速度、横向加速度处于安全范围内，最小化急动度的优化目标提高了车辆行驶的平稳度；同时通过运动学建模，构建了适用于前轮转向和全轮转向两种转向模式的模型预测控制算法。模型预测控制算法针对多轴无人重载车辆转向延迟大的特点，在提高轨迹跟踪的精度与稳定性的同时，对车辆转向角的变化进行优化，使转向角变化平缓，减少了轴间载荷的转移。

技术领域

本发明涉及点无人车控制技术领域，具体涉及一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

交通运输、建筑工程还是军事运载等领域都对车辆的大型化和重型化提出了越来越高的要求，多轴转向重载无人车辆应运而生。随着无人驾驶相关技术的不断突破，相关在恶劣环境下的重型特征车辆逐步实现其无人化与智能化是必然趋势。多轴转向重载无人车辆的轨迹跟踪系统是车辆控制的一项关键的技术，其目标是在满足一定安全性、操纵稳定性和舒适性的条件下，通过控制行驶中车辆的速度和车轮转角，使其以较小的偏差跟踪所规划的轨迹线，目前所采用的控制方法被控对象多为前轮转向汽车，而针对多轴转向的重载无人车辆的轨迹跟踪还存在不少问题。

公告日为2019.01.29，公告号为：CN 108279563 B的中国发明专利：一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制方法，试图提供一种轨迹跟踪精度、准时性、平稳性和安全性更优的速度自适应无人车轨迹跟踪方案。但是该方案并不能直接应用在多轴转向的重载无人车辆上，局限性明显。

发明内容

针对现有技术的局限，本发明提出一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，本发明采用的技术方案是：

一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，在对被控车辆的各控制周期中，包括以下步骤：

S1，从预设的全局参考轨迹中提取所述被控车辆当前位置前方的局部轨迹，以最小化急动度为目标对所述局部轨迹进行优化，获得优化轨迹；

S2，根据所述优化轨迹，结合所述被控车辆对应的多轴无人重载车辆运动学模型获得所述被控车辆的转角控制指令；

S3，根据所述优化轨迹，通过PID控制器计算出所述被控车辆的加速度控制指令；

S4，根据所述被控车辆的转角控制指令以及加速度控制指令对所述被控车辆进行控制。

相较于现有技术，本发明针对多轴无人重载车辆满载质量大、重心高、惯性大以及转角需连续性变化以减少轴间载荷的转移的特点，通过对轨迹速度曲线的优化，使得车辆运动的速度、加速度、横向加速度处于安全范围内，最小化急动度的优化目标提高了车辆行驶的平稳度；同时通过运动学建模，构建了适用于前轮转向和全轮转向两种转向模式的模型预测控制算法。模型预测控制算法针对多轴无人重载车辆转向延迟大的特点，在提高轨迹跟踪的精度与稳定性的同时，对车辆转向角的变化进行优化，使转向角变化平缓，减少了轴间载荷的转移。

作为一种优选方案，所述全局参考轨迹、局部轨迹以及优化轨迹分别由若干轨迹点组成，所述轨迹点的信息包括所述被控车辆的坐标、航向角、期望速度、期望角速度、期望加速度。

进一步的，所述实时定位信息包括车辆当前的X坐标、Y坐标以及航向角。

作为一种优选方案，所述步骤S1以最小化急动度为目标对所述局部轨迹进行优化，获得优化轨迹的过程包括以下步骤：

S11，按预设的最大速度限制对所述局部轨迹中轨迹点的期望速度进行限幅：

其中，v₀表示所述局部轨迹中轨迹点的期望速度，v₁表示步骤S11中的限幅结果，v_max表示所述最大速度限制；