自主行驶车辆的转向和路径跟随控制系统



自主行驶车辆的转向和路径跟随控制系统

介绍了ISRobotCar试验性自主驾驶电动汽车，该车集成了机器人操作系统和一些传感器，如激光雷达、惯性导航单元、实时动态差分GPS、视觉相机，以及用于磁感线导航的磁场探测器。开发了动力转向控制器和模糊轨迹跟随控制器，并进行了仿真和试验。

车辆的改装源于雅马哈无人搬运车，采用该车的机械部分并保留了转向和牵引电机。基于一套硬件和软件模块开发了分布式控制架构，并安装在ISRobotCar上。各个分布式控制模块通过内部时间触发的CAN网络相互链接，并使用GPS内部时钟进行同步协调。通过CAN网络，硬件控制系统每1ms就会和GPS的时钟模块进行1次同步，因此车辆通信通过GPS在时间上得到了同步。

转向电机、功率继电器、驻车和辅助制动器由12V的电池供电，其独立于牵引总成。ISRobotCar的牵引电机使用CURTIS 1244 SepEx电子速度控制器和一个直流电机（72V、3.5kW）驱动。电子速度控制器能够实现能量再生制动，可节省车辆的能源消耗。

转向控制系统不仅控制角位置，而且也控制角速度。该控制系统由转向控制板卡和驱动板卡组成，驱动有刷12V/150kW的直流电机。角度位置信号通过安装在电机轴上的4000脉冲正交编码器获得。此外，安装在齿条上的线型电位计用来决定绝对的角位置。

轨迹跟随控制系统由高层控制回路和低层控制回路组成。控制系统包含4个主要模块：基于扩展卡尔曼滤波的自适应估计器、轨迹跟随控制器、转向控制器和线性速度控制器。设定一个预瞄点，通过控制转向电机和驱动电机跟随该预瞄点，并实时更新，以达到轨迹跟随的目的。

Marco Silva et al. Electrotechnical Conference (MELECON), 2012 16th IEEE Mediterranean.

编译：王也