用于控制具有轉向輪的自主車輛的路徑的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于控制車輛的路徑的方法，該車輛具有至少一個轉向輪并且能 夠W自主方式移動。
[000引更確切地講，本發明設及當車輛W低速、也就是低于l0m/s(36km/h)的速度處于 自主模式時控制該車輛的位置和速度，并且優選針對的拐角是半徑可能小至對于該車輛的 最大轉向所實現的最小拐角半徑的。
【背景技術】
[0003] 自主控制模式（即無人駕駛模式）對于提供許多服務而言是有用的，例如自動泊 車服務、代客停車服務（車輛朝向停車位的自主移動）、自動充電服務（車輛朝向充電終端 的自主移動）、針對行動不便人群的無人駕駛運輸服務、W及用于通過成組定位車輛來使車 隊再平衡的服務。
[0004] 在該種自主模式中，目標總路徑總體是指定的，從而限定了該車輛在一個起始點 與一個終點之間所遵循的路線。該總路徑是空間性的；也就是說，該總路徑限定了該車輛 必須通過的多個點的位置。于是該車輛被控制成沿該條目標路徑行進。然而，在現實條件 下，車輛總會偏離該一目標路徑，因為在該車輛移動的環境中存在許多擾動，例如風、路面 變形、因雨或冰造成的濕滑路面，橫向傾斜等等。為了使車輛返回到該目標路徑上，存在已 知的方法，值得注意的是在專利申請EP 2 280 241中披露的方法，該方法用于連續地計算 車輛的當前位置、并且如果該車輛的當前位置不再對應于該目標路徑上的點的位置則確定 一條既受空間也受時間限制的局部路徑，W使車輛返回至該目標總路徑。該局部路徑限定 了該車輛必須通過的多個點的位置、W及在該些點的各個點處的速度。然后產生用于該車 輛的控制信號W使該車輛沿著該條局部路徑行進并且返回至該目標路徑。該些信號是通過 對非線性功能的優化實時地產生的，該種優化要求大量的計算能力。除了該車輛的位置之 夕F，還有必要測量其速度，連同多個其他信號，例如加速度和加速度的變化率。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提出一種用于控制自主車輛的路徑的方法，該方法實施簡單而不 要求大量的計算能力。
[0006] 本發明提出一種用于控制車輛的位置和速度的方法，該車輛能夠W自主方式移動 并且具有至少一個轉向輪，所述方法包括W下步驟：
[0007] -在一個起始點與一個終點之間確定限定該車輛的路線的一條總路徑，所述總路 徑包括在該起始點與該終點之間的多個中間點，給該總路徑的每個點都限定了一個位置； [000引-確定該車輛的當前位置；
[0009]-如果該當前位置不對應于該總路徑上的一個點，則產生將該車輛的當前位置連 接至該總路徑的一個點上的一個局部路徑W使得該車輛返回至該總路徑，所述局部路徑包 括多個點；給該局部路徑的每個點都限定了一個位置和一個速度；
[0010] -產生用于該轉向輪的一個轉向控制信號和用于該車輛的一個速度控制信號，W 使得該車輛沿所述局部路徑移動；
[0011] 其特征在于，該轉向控制信號和速度控制信號是通過多個線性矩陣不等式的凸優 化產生的。
[001引線性矩陣不等式（在英文文獻中稱為"linear matrix inequalities")的該種凸 優化被用于控制如文件"Adaptive control for a mobile robot under slip conditions using an LMI-based approach(針對滑動條件下的移動機器人使用基于LMI的方法的適 應性控制）"（Gonzalez, R.、Fiacchini,M.、Alamo,T.、Guzman,J.L.、Ro化iguez,F. (2010)， Eluropean Journal of Control, 16:144-158)中提及的由兩個獨立的非方向輪驅動的單輪 車機器人的路徑。
[0013] 由于單輪車機器人不具有轉向輪，用于該些輪子的控制規律與用于具有多個轉向 輪的車輛的控制規律是迴然不同的，值得注意的是因為具有多個轉向輪的車輛具有較小的 最大轉向角。因此，與對單輪車機器人的控制相比，提供了向該車輛的控制規律添加多項補 充約束。
[0014] 該轉向控制信號和速度控制信號的產生包括W下步驟：
[0015] -確定用于該車輛的一個運動學模型；W及
[0016] -基于所述運動學模型通過多個線性矩陣不等式的凸優化來確定該車輛的轉向控 制信號和速度控制信號。
[0017] 根據本發明的一個實施例，該車輛的運動學模型是基于兩個獨立的輪子的一個機 器人的一個運動學模型的，該機器人的運動學模型是通過專用于具有多個轉向輪的車輛的 多項約束來補充的。
[0018] 專用于具有多個轉向輪的車輛的所述多個約束包括：
[0019] -漸進于該局部路徑的一項穩定性約束；
[0020] -限制該局部路徑的曲率的一項約束；
[0021] -關于該轉向控制信號和速度控制信號的連續性和可導性的一項約束；W及
[0022] -用于將該運動學模型從具有兩個獨立的輪子的一個機器人轉換成具有至少一個 轉向輪的一臺車輛的可行性的一項約束。
[0023] 有利地，用來自W下約束之中的一項或多項約束補充該動力學模型：
[0024] -限制該些控制信號的變化的一項約束；
[0025] -限制該些控制信號的啟動區域的一項約束；
[0026] -關于配置該模型的閉環極點的一項約束。
[0027] 本發明還提出一種用于控制車輛的位置和速度的裝置，該車輛能夠W自主方式移 動并且具有至少一個轉向輪，所述裝置包括
[002引-一個定位和導航電路，用于確定
[0029] ?在一個起始點與一個終點之間限定該車輛的路線的一條總路徑，所述總路徑包 括在該起始點與該終點之間的多個中間點，給該總路徑的每個點都限定了一個位置；
[0030] ?該車輛的當前位置；
[0031] ?如果該當前位置不對應于該總路徑上的一個點，則產生將該車輛的當前位置連 接至該總路徑的一個點上的一個局部路徑，所述局部路徑包括多個點；給該局部路徑的每 個點都限定了一個位置和一個速度；
[0032] -一臺計算機，用于產生用于該轉向輪的一個轉向控制信號和用于該車輛的一個 速度控制信號，W使得該車輛沿所述局部路徑移動；
[0033] 其特征在于，該計算機通過多個線性矩陣不等式的凸優化產生該轉向控制信號和 速度控制信號。
[0034] 本領域技術人員通過閱讀W下由附圖展示的、為展示性目的而提供的實例還可W 明了其他優點。
【附圖說明】
[0035] -圖1示出了本發明方法的步驟流程圖；
[0036] -圖2是示出如何沿著一條局部路徑行進W便朝向一條總路徑返回的簡圖；
[0037] -圖3是用于實施在附圖中示出的方法的一個裝置的簡圖；
[003引-圖4是示出一臺車輛的前輪的轉向角5的簡圖；
[0039] -圖5是W與一臺車輛相關聯的一個絕對參考系狂a，Yg)和一個相對參考系化Y) 示出該車輛的運動學參數的簡圖；
[0040] -圖6是示出根據本發明的方法的用于轉向控制信號和速度控制信號的經授權的 控制信號區域的簡圖；
[0041] -圖7是示出對于配置用于閉環操作的運動學模型的極點的一項約束的簡圖；并 且
[0042] -圖8是示出本發明的方法的性能的簡圖。
【具體實施方式】
[0043] 參照圖1和圖2,本發明的方法包括W下步驟：
[0044] -步驟E1 ;在一個起始點與一個終點之間確定一條總路徑TG ;該條路徑限定