无人驾驶车辆的反馈控制介绍

1.1 无人驾驶车辆
大到类似百度apollo无人车,无人配送车,小到扫地机器人,其实都是无人驾驶车辆。都是一个复杂的软硬件结合系统,其软件算法模块主要包含:感知、定位、轨迹预测、行为决策、运动规划及反馈控制等。在这里介绍和补充的是反馈控制部分。
1.2 横向控制和纵向控制
反馈控制是无人车 最底层 的软件算法模块,包括:
横向控制,主要用于车辆方向盘的控制
纵向控制,主要用于车辆油门、刹车的控制
两者协同工作以使无人车按照预定的参考轨迹行驶,其中,横向控制根据上层运动规划输出的 路径、曲率 等信息进行跟踪控制,以减少跟踪误差,同时保证车辆行驶的 稳定性和舒适性。
1.3 横向控制
根据横向控制使用车辆模型的不同,可以将其分为两种类型,包括:
无模型的横向控制方法
基于模型的横向控制方法
1.3.1 无模型横向控制
无模型的横向控制即传统的pid控制算法,将车辆当前的路径跟踪偏差作为输入量,对跟踪偏差进行比例(proportion)、积分(integration)和微分(differentiation)控制得到转向控制量。
但该算法由于没有考虑车辆本身的特性,因此算法对外界干扰的鲁棒性较差,无法满足车辆在高速行驶过程中的有效控制。
1.3.2 基于模型横向控制
而其中基于模型的方法又可分为:
基于车辆 运动学模型 的横向控制方法
基于车辆 动力学模型 的横向控制方法
因此,将主要介绍包括:
基于车辆运动学模型的纯跟踪控制(pure pursuit)算法
后轮反馈控制(rear wheel feedback)
前轮反馈控制(front wheel feedback)算法
基于车辆动力学模型的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,lqr)控制算法

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