作者：张勇1, 王同祥2
作者单位：1. 黄河交通学院，河南 焦作 454950;
2. 郑州宇通客车股份有限公司，河南 郑州 450000
关键词：半挂式车辆;自主驾驶;轨迹跟踪控制;迭代线性二次型调节器
摘要：
该文针对半挂式车辆的自主驾驶，设计一种基于迭代线性二次型调节器(iLQR)的轨迹跟踪控制器。通过深入研究转向过程中半挂式车辆的运动，建立满足非完整性约束的非线性车辆运动学模型，并根据期望轨迹对其进行线性化，得到线性的轨迹跟踪误差模型。基于扩展卡尔曼滤波器设计车辆状态观测器，估计车辆的航向角。通过对期望轨迹进行基于三次Bezier曲线的自适应拟合得到轨迹跟踪的前馈控制信息，并利用iLQR得到最优控制序列。基于Simulink进行半挂式车辆轨迹跟踪的仿真实验析，结果显示该控制器能够使半挂式车辆快速且稳定地跟踪期望轨迹，并且满足跟踪精度的要求。
Research on trajectory tracking control of tractor semitrailer vehicle for autonomous driving
ZHANG Yong1, WANG Tongxiang2
1. Huanghe Jiaotong University, Jiaozuo 454950, China;
2. Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China
Abstract: Addressing the autonomous driving of tractor semitrailer vehicles, an iterative LQR (iLQR) based trajectory tracking control method is presented. Considering the nonholonomic constraint of tractor semitrailer vehicle, a kinematic model is first developed and then linearized according to the reference trajectory, leading to a linear model for trajectory tracking errors. A vehicle state observer is designed based on Extended Kalman Filter (EKF) to estimate the heading angle of the trailer. Based on the feedforward control information obtained by fitting the desired trajectory with adaptive three-order bezier curve, a trajectory tracking controller based on the ILQR algorithm is proposed for tractor semitrailer vehicle. Simulations are carried out in Simulink and results validate that this method can track the reference trajectory quickly and stably while satisfying the tracking accuracy.
Keywords: tractor semitrailer vehicle;autonomous driving;trajectory tracking control;iterative LQR
2021, 47(2):106-112 收稿日期: 2020-04-06;收到修改稿日期: 2020-06-02
基金项目:
作者简介: 张勇(1987-),男,甘肃白银市人,讲师,研究方向为车辆电子控制及检测方向
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