基于MPC的汽車轉(zhuǎn)向控制

基于MPC的汽車轉(zhuǎn)向控制

采用模型預(yù)測(cè)控制（MPC）方法對(duì)車輛轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車時(shí)目標(biāo)軌跡的跟隨。對(duì)車輛的轉(zhuǎn)彎特性進(jìn)行建模，模型主要包括車輛旋轉(zhuǎn)模型和轉(zhuǎn)向模型兩個(gè)部分。MPC控制器采用了二次代價(jià)函數(shù)。這個(gè)控制器直接把車輛的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)化為車輛轉(zhuǎn)向角度。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，可以最小化實(shí)際軌跡與目標(biāo)軌跡的位置偏差。

本文只研究自動(dòng)泊車的軌跡跟隨控制。目標(biāo)軌跡為轉(zhuǎn)彎倒車停車的軌跡，沒(méi)有考慮平行停車的情況。為實(shí)現(xiàn)向后轉(zhuǎn)為倒車操作，定義該系統(tǒng)為混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

整體目標(biāo)軌跡跟隨控制系統(tǒng)分為跟隨控制、車輛旋轉(zhuǎn)模型、轉(zhuǎn)向模型和縱向模型4個(gè)部分。跟隨控制輸入為目標(biāo)車速、目標(biāo)軌跡，輸出為需要的轉(zhuǎn)彎半徑。縱向控制器通過(guò)總線控制模型對(duì)車速進(jìn)行控制，目標(biāo)車速則作為輸入信息來(lái)跟隨控制模塊計(jì)算需要的轉(zhuǎn)彎半徑。跟隨控制的設(shè)計(jì)是基于汽車的旋轉(zhuǎn)模型和轉(zhuǎn)向模型，并假定通過(guò)縱向模型得到車速與目標(biāo)車速一致。

目標(biāo)軌跡是以初始位置和目標(biāo)位置之間定義的。這意味著目標(biāo)位置在控制的開(kāi)始階段就被定義完畢，且目標(biāo)位置的準(zhǔn)確性對(duì)于系統(tǒng)的性能非常重要。因此，采用MPC可以通過(guò)建模并利用未來(lái)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

基于自動(dòng)泊車的跟隨控制特性，在成本函數(shù)中并沒(méi)有考慮時(shí)間的概念,這會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能（如改變車速和轉(zhuǎn)向特性等）產(chǎn)生一定影響，控制器同樣簡(jiǎn)化了目標(biāo)軌跡的生成方法，并降低其在系統(tǒng)中的作用。

Tsutomu Tashirol.2013 IEEE International Conference on Control Applications,Hyderabad，28-30 Aug.2013

編譯：孔悅