基于MPC的汽車轉(zhuǎn)向控制

基于MPC的汽車轉(zhuǎn)向控制

采用模型預測控制（MPC）方法對車輛轉(zhuǎn)向進行控制，以實現(xiàn)自動泊車時目標軌跡的跟隨。對車輛的轉(zhuǎn)彎特性進行建模，模型主要包括車輛旋轉(zhuǎn)模型和轉(zhuǎn)向模型兩個部分。MPC控制器采用了二次代價函數(shù)。這個控制器直接把車輛的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)化為車輛轉(zhuǎn)向角度。當運動方向一致時，可以最小化實際軌跡與目標軌跡的位置偏差。

本文只研究自動泊車的軌跡跟隨控制。目標軌跡為轉(zhuǎn)彎倒車停車的軌跡，沒有考慮平行停車的情況。為實現(xiàn)向后轉(zhuǎn)為倒車操作，定義該系統(tǒng)為混合動態(tài)系統(tǒng)。

整體目標軌跡跟隨控制系統(tǒng)分為跟隨控制、車輛旋轉(zhuǎn)模型、轉(zhuǎn)向模型和縱向模型4個部分。跟隨控制輸入為目標車速、目標軌跡，輸出為需要的轉(zhuǎn)彎半徑。縱向控制器通過總線控制模型對車速進行控制，目標車速則作為輸入信息來跟隨控制模塊計算需要的轉(zhuǎn)彎半徑。跟隨控制的設計是基于汽車的旋轉(zhuǎn)模型和轉(zhuǎn)向模型，并假定通過縱向模型得到車速與目標車速一致。

目標軌跡是以初始位置和目標位置之間定義的。這意味著目標位置在控制的開始階段就被定義完畢，且目標位置的準確性對于系統(tǒng)的性能非常重要。因此，采用MPC可以通過建模并利用未來的運動數(shù)據(jù)進行預測。

基于自動泊車的跟隨控制特性，在成本函數(shù)中并沒有考慮時間的概念,這會對系統(tǒng)的性能（如改變車速和轉(zhuǎn)向特性等）產(chǎn)生一定影響，控制器同樣簡化了目標軌跡的生成方法，并降低其在系統(tǒng)中的作用。

Tsutomu Tashirol.2013 IEEE International Conference on Control Applications,Hyderabad，28-30 Aug.2013

編譯：孔悅