[发明专利]无人驾驶小车的路径跟踪控制装置及方法、无人驾驶小车

说明书

本发明公开无人驾驶小车的路径跟踪控制方法，首先，根据无人驾驶小车的左右轮驱动电压与无人驾驶小车的转向角的状态方程(1)得到左右轮驱动电压；之后，利用左右轮驱动电压与控制电压模拟量的线性关系得到控制电压模拟量并输入到电机控制器；最后，由电机控制器根据所述控制电压模拟量控制所述左右轮驱动电压，实现路径的跟踪控制。根据该路径跟踪控制方法，能够对行驶过程中存在的较大偏差进行快速平滑纠正、实现精准的路径跟踪控制。

技术领域

本发明涉及车辆导航技术及车辆自动控制领域，具体涉及无人驾驶小车的路径跟踪控制装置及方法、无人驾驶小车。

背景技术

无人驾驶小车(Automated Driving Vehicle，简称ADV)是一种自主驾驶、无人操纵、以电池为动力的自动化运输设备，装有电磁或者光学等非接触自动导向装置和独立寻址系统。它的主要特点表现为具有可编程功能、安全保护装置、启停装置以及搬载功能,并能在上位机的监控下，根据给定的起点和终点自主地沿预设的导引路径行驶，安全到达目的地，完成搬运卸载任务。其已经成为仓储物流自动化系统、柔性生产线、柔性装配线的重要设备。

无人驾驶小车的实用与否，主要体现在路径跟踪控制的准确性，这是ADV控制技术的关键。路径跟踪控制指的是通过导航确定的位置坐标，在路径规划的指引下，使ADV跟随预定轨迹行驶的控制过程。即依靠算法通过控制器输出电压差，消除ADV行驶过程中的角度偏差和距离偏差，使得ADV能够按预定路径行驶。

对于不同驱动方式的ADV来说，由于它的运动学模型不一样，对应的轨迹跟踪控制算法也是不同的，主要是通过调整舵机转向或者改变两轮驱动电压实现路径的跟踪运算，使得ADV沿着预定轨迹行驶。对于有线式的导引控制，运动中小车的偏差因为有导引路线的存在能够明确偏差量，因此能够轻松解决控制问题，而对于无线式的导引控制，其不确定性、复杂性、非线性等特点使ADV控制增加了难度。目前使用较多的控制方法是遗传算法控制、模式识别控制、模糊和神经网络控制等，但上述控制方法算法复杂度高、响应速度慢、适用性差，无法满足跟踪控制的精准要求。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够对行驶过程中存在的较大偏差进行快速平滑纠正、实现精准的路径跟踪控制的无人驾驶小车的路径跟踪控制方法和装置以及无人驾驶小车。

用于实现上述目的的本发明的无人驾驶小车的路径跟踪控制方法，首先，根据下面的无人驾驶小车的左右轮驱动电压与无人驾驶小车的转向角的状态方程(1)得到左右轮驱动电压，

其中，U_L为左轮驱动电压，U_R为右轮驱动电压，U₀为当前速度下直线行驶电压,α为转向角，L为左右驱动轮间距，T_m为电机时间常数，K为反电势系数，t为运动时间,此处的T_m电机时间常数是电动机从启动到转速达到空载转速的63.2％时所经历的时间，其中，|α|取值范围为0～π，K取值范围为1.6～2.4；

之后，利用左右轮驱动电压与控制电压模拟量的线性关系得到控制电压模拟量并输入到电机控制器；

最后，由电机控制器根据所述控制电压模拟量控制所述左右轮驱动电压，实现路径的跟踪控制。

进一步，根据|α|的不同取值，动态调整K值，具体如下：

(1)当|α|＝0～π/6时，K＝1.8；

(2)当|α|＝π/6～π/2时，K＝1.6+1.2*|α|/π；

(3)当|α|＝π/2～π时，K＝2+0.4*|α|/π。

用于实现上述目的的本发明的无人驾驶小车的路径跟踪控制装置，包括：