無人駕駛車輛非線性模型預測跟蹤控制算法

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無人駕駛車輛非線性模型預測跟蹤控制算法

介紹了開發先進的無人駕駛車輛所需要的軟件和硬件平臺，并提出了一種非線性模型預測跟蹤控制算法。利用該算法可根據事先制定的參考路徑以及探測到的障礙物信息對無人駕駛車輛進行控制實現跟蹤定位。

介紹了應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、運動控制和雙積分控制。提出了基于跟蹤控制器的非線性模型預測跟蹤控制算法，該算法基于無人駕駛車輛開環動力學預測車輛的運動狀態，并根據預測狀態做出相應的控制策略。介紹了無人駕駛車輛的機械結構及軟/硬件開發平臺體系結構。機械結構包括驅動、傳感、控制、動力系統和底盤。硬件系統包括一個嵌入式計算機、運動控制器、傳感器、動力系統、通信單元和12個電機控制器，給出了硬件元件的裝配圖。其中，電機控制器一半用于車輪控制，另一半用于車輪支架的控制。軟件系統的主要作用是產生控制輸入，用來精確控制車輛的行為。

詳細介紹了非線性模型預測跟蹤控制算法。為驗證該算法的有效性，通過實車試驗進行驗證。試驗時，在無人駕駛車輛上加裝全球定位系統進行實時差分定位，提供分米級甚至厘米級的定位信息，車輛經度、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范圍內的障礙物距離。使用雙目立體視覺相機提供操作區域的視圖，實現車輛的遠程控制。試驗結果表明，利用非線性模型預測跟蹤控制算法可以控制車輛沿制定的最優路徑行駛，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