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专利号: 202111292716X
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:包括以下步骤:S1:标定无人车行驶场地与障碍物,定义无人车控制点和解空间;

S2:将无人车调头的过程划分为直线行驶阶段和调头转弯阶段,将在无人车调头过程中划分为三个阶段来简化模型;

S3:提出基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法;

S4:结合基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,使用欧拉法对无人车的直线行驶阶段和调头转弯阶段计算无人车调头路径规划轨迹;

S5:进行模拟仿真实验。

2.根据权利要求1所述的一种基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:在S1中,包括以下步骤:标定无人车行驶场地与障碍物,无人车行驶场地测距,以无人车的控制点为原点,确定场地范围的四个坐标点、障碍物的四个坐标点、外车道线的两个坐标点、内车道线的两个坐标点;

选取控制点,将无人车的两个前轮看作一个整体,连接两个前车轮的轴心,然然后取两点的中心点位于A点,将两个后轮看作一个整体,连接两个后车轮的轴心,取两点的中心点位于B点,取AB两点对称轴方向的中间点,将其令为C点,作为无人车的控制点;

定义解空间,根据障碍物和边界约束,将无人车安全轨迹限制在空间集合S中,将空间分为三个矩形部分s1,s2,s3,解空间S满足:si={(x,y)|ai

3.根据权利要求1所述的一种基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:在S2中,包括以下步骤:在直线行驶过程无人车以不超过3m/s的加速度行驶;

将无人车调头转弯过程视为U型,在调头过程中总共分为Ι、ΙΙ、ΙΙΙ阶段;

在Ι阶段,无人车直线行驶达到速度v0开始进行方向盘的旋转;

在ΙΙ阶段,无人车的前轮以可变的角度行驶,直到无人车方向盘的可转动角度达到条件状态;

在ΙΙΙ阶段方向盘的转速达到极限状态时即方向盘回正的同时车身转至指定角度完成调头。

4.根据权利要求1所述的一种基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:在S3中,包括以下步骤:在无人车调头过程中的第I阶段,将无人车调头行驶简化后无人车的调头轨迹呈现U形,在这个过程中考虑两个角度的变化,其中δfmax表示无人车前轮偏角达到的最大角度,Δδf表示前轮偏角的变化量,ψi(i=1,2,3)表示无人车第i阶段的ψ的偏移角度,即车身的偏角;

由正弦法则可列等式:

展开后有:

联立后有:

由于无人车在调头行驶的整个过程中都是匀速行驶的,则设无人车的方向变化率等于车辆的角速度,则车辆的角速度有 最后可得:设方向盘的角速度为ωD,因为方向盘与前轮转角的传动比为16:1,则前轮摆动的角速度ω=ωD/16/180*π,由于在速度保持匀速的前提条件下打方向盘的速度越小其转弯的弧度越大,即无人车在调头过程中的弯道半径越大,则引入控制无人车前轮的角速度的可变函数 控制无人车加速度的可变函数 用这两个函数以此实现无人车在调头过程中自主变化方向与加速度实现路径规划完成调头任务;

得到基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其中(xn,yn)表示无人车的调头轨迹:

在无人车调头过程中的第II阶段,由于规定方向盘最大转角为470°,且方向盘与前轮转角的传动比为16:1,因此前轮转角的最大角度为29.375°,当前轮转动角度达到最大时即δf=δfmax则进入第二阶段,此时 第II阶段模型有为:在无人车调头过程中的第III阶段,定义第I阶段、第II阶段、第III阶段的航向角偏移量为ψ1、ψ2、ψ3,为了控制在弯道后无人车沿垂直驶出,控制在第三阶段方向盘回正后航向角偏移量恰好为180°,即:

ψ1+ψ2+ψ3=180°

第一阶段和第三阶段由于前轮转角的角速度恒定,且速度v恒定,可以得出:ψ2=180°‑(ψ1+ψ3)即第二阶段仿真时保证ψ2达到该值时,则停止迭代,进入第三阶段,第II阶段模型为:在第I阶段初无人车前车轮的偏角为 在第II阶段无人车前车轮的偏角始终保持为 在第III阶段开始回方向盘,无人车前车轮的偏角由δfmax变为0,在第III阶段末无人车的车身旋转180°,即航向角 此时方向盘已经回正、δf=0。

5.根据权利要求1所述的一种基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:在S4中,主要包括以下步骤:结合基于避障路径规划的无人车自适应调头控制算法,使用欧拉公式进行无人车行驶轨迹求解,得:

则有初值条件v0=0,δf,0=0,x0=0,y0=0, 两个约束条件为:约束条件1:

约束条件2:

其中 S为解空间。

6.根据权利要求1所述的一种基于路径规划的无人车自适应调头控制算法,其特征在于:步骤S5中,为使用Matlab软件进行模拟仿真实验,以无人车不同初速度与角速度为特征进行模拟仿真。