自主行駛車輛的轉向和路徑跟隨控制系統

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自主行駛車輛的轉向和路徑跟隨控制系統

介紹了ISRobotCar試驗性自主駕駛電動汽車，該車集成了機器人操作系統和一些傳感器，如激光雷達、慣性導航單元、實時動態差分GPS、視覺相機，以及用于磁感線導航的磁場探測器。開發了動力轉向控制器和模糊軌跡跟隨控制器，并進行了仿真和試驗。

車輛的改裝源于雅馬哈無人搬運車，采用該車的機械部分并保留了轉向和牽引電機。基于一套硬件和軟件模塊開發了分布式控制架構，并安裝在ISRobotCar上。各個分布式控制模塊通過內部時間觸發的CAN網絡相互鏈接，并使用GPS內部時鐘進行同步協調。通過CAN網絡，硬件控制系統每1ms就會和GPS的時鐘模塊進行1次同步，因此車輛通信通過GPS在時間上得到了同步。

轉向電機、功率繼電器、駐車和輔助制動器由12V的電池供電，其獨立于牽引總成。ISRobotCar的牽引電機使用CURTIS 1244 SepEx電子速度控制器和一個直流電機（72V、3.5kW）驅動。電子速度控制器能夠實現能量再生制動，可節省車輛的能源消耗。

轉向控制系統不僅控制角位置，而且也控制角速度。該控制系統由轉向控制板卡和驅動板卡組成，驅動有刷12V/150kW的直流電機。角度位置信號通過安裝在電機軸上的4000脈沖正交編碼器獲得。此外，安裝在齒條上的線型電位計用來決定絕對的角位置。

軌跡跟隨控制系統由高層控制回路和低層控制回路組成。控制系統包含4個主要模塊：基于擴展卡爾曼濾波的自適應估計器、軌跡跟隨控制器、轉向控制器和線性速度控制器。設定一個預瞄點，通過控制轉向電機和驅動電機跟隨該預瞄點，并實時更新，以達到軌跡跟隨的目的。

Marco Silva et al. Electrotechnical Conference (MELECON), 2012 16th IEEE Mediterranean.

編譯：王也