基于硬件在環仿真實現的純跟蹤軌跡控制

李玉東，李 爽，務 闖，陳高俊

(1.華北水利水電大學，鄭州 450045；2.河南平高通用電氣有限公司，河南 平頂山 467002)

0 引言

智能車輛是當下國內外汽車行業新技術研發的重要陣地，包括谷歌在內的全球各大互聯網和科研機構以及高校院所爭相研究的領域[1]。考慮到安全性和經濟性，一般在仿真平臺驗證。本文將在搭建Ros+Carsim+Simulink硬件在環環境中進行純軌跡跟蹤的驗證。

1 純軌跡跟蹤

純軌跡跟蹤將要追蹤的軌跡簡化成若干個追蹤點，完成一系列點的追蹤就完成了線的追蹤。在實際分析中一般將四輪車簡化為二輪自行車模型(圖1)，其關系如式(1)所示[3]

(1)

其中δ表示前輪的轉角，L為軸距(Wheelbase)，R則為在給定的轉向角下后軸遵循著的圓的半徑。circulararc表示后輪軌跡圓。

圖1 汽車簡化模型

需要控制車輛的后軸中心點經過要追蹤的點，根據正弦定理，得

(2)

根據式(2)得出純追蹤控制算法控制量表達式

(3)

由式(3)即可得出到達目標點所需的前輪轉角。只需要不斷根據需要控制前輪轉角就可以完成目標軌跡的跟蹤。

2 仿真的搭建

2.1 仿真搭建概述

仿真的搭建需要兩臺電腦，分別為PC1、PC2。PC1搭載Linux程序運行Ros軟件；PC2搭載Windows系統運行Simulink與Carsim。兩臺電腦由以太網進行連接，兩臺電腦連入共同的以太網設置相同的IP地址即可進行通信。

2.2 PC1電腦端的設置

首先要確定IP地址，打開隱藏文件.bachrc。在該文件末尾添加兩行內容，export ROS_IP=“IP地址”，export ROS_MASTER_URI=http://IP地址：11311。

2.3 PC2端的設置

首先，建立一個空白的Simulink文件，放到Carsim的安裝目錄下，打開Carsim，在Datasets選項中找到Simulink and labVIEW Models，在Simulink and labVIEW Models選項下選擇任一例子，復制此例子之后進行相應的設置。

對Procedure選項下的設置如下：(1)目標車速為0；(2)無制動；(3)擋位控制選用閉環AT5擋模式；(4)無轉向；(5)路面選擇為2 km2摩擦系數為2.0的方形路面；(6)設置仿真步長為0.001。仿真時間為50 s。

進入Run Control with Simulink后進行選項修改，在Simulink Model選擇剛剛建立放到Carsim的安裝目錄下的空白Simulink文檔，進入Import Channel選型設置輸入量，進入Export Channel設置輸出量。

Import Channels設置為：(1)IMP_SPEED；(2)IMP_STEER_SW。Export Channels設置為：(1)Xo；(2)Yo；(3)Yaw；(4)Vx。

設置完這些就可以回到主界面點擊Send to Simulink，之后就會打開空白Simulink，搭載如圖模型，如圖2所示。

圖2 Simulink模型搭建

對Subscribe、publish分別進行合適需要的設置，設置完成后Simulink端的IP地址替換為在PC1輸入的IP地址。

3 實驗結果

為驗證本文提出的仿真平臺的有效性以及與其他方法的優越性，本文進行了計算機仿真硬件在環實驗。實驗的車輛模型采用Carsim內置的高精度車輛動力學模型，控制算法采用純跟蹤理論算法。圖3顯示車輛軌跡按照預先設計的目標軌跡進行尋跡，偏差較小，略有偏差。

圖3 仿真軌跡

4 結語

本文對自動駕駛硬件在環仿真實驗模型進行了改進后搭建，然后利用純跟蹤算法對實驗平臺進行了驗證，實驗結果中設計軌跡與真實軌跡吻合度較高，即該仿真平臺可以作為軌跡跟蹤實驗的實驗平臺。

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