[发明专利]一种基于模型预测控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法有效

专利信息
申请号: 201911370775.7 申请日: 2019-12-26
公开(公告)号: CN111123707B 公开(公告)日: 2022-03-29
发明(设计)人: 唐小林;阳鑫;杨凯;胡晓松;谢翌;李佳承 申请(专利权)人: 重庆大学
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 赵荣之
地址: 400044 重*** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 模型 预测 控制 牵引 挂车 轨迹 跟踪 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于模型预测控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法,属于无人驾驶中的轨迹跟踪控制领域。该方法包括:S1:构建牵引式挂车横向动力学模型和误差模型;S2:采用MPC对牵引式挂车的横向跟踪模型进行预测控制;S3:以牵引式挂车的前轮偏角为控制量,实现牵引式挂车对期望路径的跟踪行驶。本发明利用MPC对牵引式挂车的动力学模型和误差模型进行精确的跟踪控制。建立的横向跟踪模型模拟了真实的驾驶环境,并且对道路的曲率变化具有鲁棒性,可以同时保证跟踪的精度和稳定性。利用本发明可以进一步实现牵引式挂车的无人驾驶,在提高货运效率的同时减少交通事故的发生。

技术领域

本发明属于无人驾驶中的轨迹跟踪控制领域,涉及一种基于MPC的牵引式挂车轨迹跟踪方法。

背景技术

随着我国经济的发展,对货物的运输提出了更高的要求,如何在提高货物运输效率的同时减少交通事故的发生是亟待研究和解决的。目前,牵引式挂车作为国内货物运输的主力军,其今后的发展趋势,将直接影响到货物运输效率。此外,现阶段国内的牵引式挂车企业普遍存在技术含量偏低,缺乏技术创新等问题。所以,为了满足货物运输要求,必须加快推进牵引式挂车朝着智能化、专业化、轻量化的方向发展。

近年来,随着人工智能和汽车行业的发展,交通运输智能化成为了研究的热点。其中,牵引式挂车由于其简单的结构和巨大的货物运输能力受到了广泛的关注。所以,如何实现牵引式挂车的智能化,成为了国内外研究的重点方向。其中,如何对其路径进行精确的跟踪仍然是一个具有挑战性的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于模型预测控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法,实现牵引式挂车对期望路径的跟踪行驶并且保证跟踪的精度和稳定性,在提高了货物运输效率的同时能有效减少交通事故的发生;还实现牵引式挂车的无人驾驶,从而达到智能化运输的最终目的。

为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种基于模型预测控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法,具体包括以下步骤:

S1:构建牵引式挂车横向跟踪模型,包括横向动力学模型和横向误差模型;

S2:采用MPC对牵引式挂车的横向跟踪模型进行预测控制;

S3:以牵引式挂车的前轮偏角为控制量,实现牵引挂车对期望路径的跟踪行驶,并根据牵引式挂车的横向跟踪模型求解出其下一时刻的所需状态量,再结合参考轨迹信息,进行下一时刻的预测控制。

进一步,所述步骤S1具体包括:根据牛顿第二定律,对牵引式挂车进行动力学建模,即构建横向动力学模型的方程组为:

其中,牵引式挂车中各变量满足如下关系:

vx1=vx2

Fyh2=Fyh1

vy2=vx1·β2

存在的角度关系如下:

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