基于自抗扰控制的自动泊车路径跟踪 优先出版.pdf

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1、中国机械工程第２８卷第８期２０１７年４月下半月基于自抗扰控制的自动泊车路径跟踪赵林峰徐磊陈无畏合肥工业大学汽车与交通工程学院，合肥，２３０００９摘要：建立了基于电动助力转向系统的自动泊车系统动力学模型，考虑汽车动力学约束及泊车防碰撞约束，基于两段弧规划路径，使用反正切函数来拟合路径；应用非时间参考的路径跟踪控制策略生成目标转角，采用自抗扰控制（ＡＤＲＣ）方法进行转角跟踪，并通过硬件在环试验进行验证。结果表明，反正切函数拟合的路径曲率连续无突变，非时间参考的路径跟踪效果较好；所提出的ＡＤＲＣ转角跟踪算法比ＰＩＤ控制具有更高的泊车精度和响应速度。关键词：电动助力转向；自动泊车系统；路径跟踪；自抗

2、扰控制；硬件在环中图分类号：Ｕ４６１．１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ．１００４．－１３２Ｘ．２０１７．０８．０１５Ｐａｔｈ－ｔｒａｃｋｉｎｇｏｆＡＰＳＢａｓｅｄｏｎＡＤＲＣＺＨＡＯＬｉｎｆｅｎｇＸＵＬｅｉＣＨＥＮＷｕｗｅｉＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ，２３０００９Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆＡＰＳｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｈｅｒｅｉｎｂａｓｅｄｏｎＥＰＳ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｄｙｎａｍｉｃｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔａｎｄ

3、ａｖｏｉｄａｎｃｅｏｆｃｏｌｌｉｓｉｏｎｗａｓｔａｋｅｎ．Ｐａｔｈ－ｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｗｏａｒｃｓａｎｄａｒｃｔａｎｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｕｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｏｕｔｅｆｉｔｔｉｎｇ．Ａｎｏｎ－ｔｉｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｕｓｅｄａｎｄＡＤＲＣｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅＨＩＬｔｅｓｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｒｃｔａｎｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｔ

4、ｈｅｎｏｎ－ｔｉｍｅｒｅｆ－ｅｒｅｎｃｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇａｌｌｈａｖｅｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｓ，ＡＤＲＣｈａｓａｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅａｎｄｑｕｉｃｋｐａｔｈ－ｔｒａｃｋｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｔｈａｎｔｈａｔｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＰＳ）；ａｕｔｏｍａｔｉｃｐａｒｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＡＰＳ）；ｐａｔｈ－ｔｒａｃｋｉｎｇ；ａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＤＲＣ）；ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｌｏｏｐ（ＨＩＬ）０引言泊车所需车位长度，但其路径曲率不连续。郭孔［７］自动泊车

5、系统（ａｕｔｏｍａｔｉｃｐａｒｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，辉等在非时间参考的路径跟踪策略基础上，结ＡＰＳ）主要由感知单元、中央控制器、转向执行机合定点跟踪控制，能有效对目标路径进行跟踪。构、人－机交互系统组成。将电动助力转向（ｅｌｅｃ－目前，ＡＰＳ的研究主要针对路径规划、路径ｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ，ＥＰＳ）系统作为ＡＰＳ执行机跟踪控制，并未考虑泊车执行机构对系统的影响。构，接收泊车系统中央控制器发出的转向指令后执本文在研究ＡＰＳ路径问题时，采用曲率连续的泊［１－３］行转向操作，可有效减少成本、节省布置空间。车路径规划方案、非时间参考的路径跟踪策略来［４］ＭＵＬＬＥＲ等先计算一条避免碰撞

6、的两段生成目标转角，以ＥＰＳ系统为ＡＰＳ的执行机构，相切弧路径，再基于回旋曲线进行路径规划，生成建立了基于ＥＰＳ的ＡＰＳ模型；在泊车自动转向一条曲率连续变化的平行泊车路径。该方法虽然过程中，采用自抗扰控制（ａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅ－解决了泊车路径不连续的问题，但并没有涉及如ｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ＡＤＲＣ）转角跟踪算法进行跟踪，何将规划的路径跟踪实现。ＳＺＡＤＥＣＺＫＹ－ＫＡＲ－能有效克服模型的不确定性及外扰估计问题，提［５］ＤＯＳＳ等在满足车辆动力学约束的基础上，规升泊车系统跟踪速度和精度。通过硬件在环试验划出一条基于回旋曲线的路径，设计了基于时间验证了控制策略的有效性

7、。参考的路径跟踪控制器，但该跟踪控制方法受时１基于ＥＰＳ的ＡＰＳ模型间、车速影响大，泊车路径跟踪误差会随着时间的［６］增加而增大。ＣＨＥＮ等在路径规划、跟踪研究１．１ＥＰＳ动力学模型的同时，设计出泊车速度控制器，虽然有效减小了简化后的ＥＰＳ模型［８］如图１所示。将前轮和转向机构向转向轴简化，可得ＥＰＳ动力学收稿日期：２０１６－０５－３０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３７５１３１，５１６７５１５１）方