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专利号: 2024114085526
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:以智能客车安装的GPS传感器主天线处为坐标原点,建立局部坐标系;以大地质心为原点,建立大地全局坐标系;

S2:驾驶智能客车行驶一段轨迹后,记录n行经度、纬度、航向角和速度信息作为跟踪的预定轨迹;

S3:对采集的智能客车状态样本基于近似线性相关分析方法得到核词典;

S4:确定当前时刻 下智能客车的位姿信息和预瞄点处的位姿信息,并且计算从而建立局部坐标系下的轨迹跟踪误差状态方程,i为正整数;

S5:计算当前时刻 下的道路曲率 ;

S6:建立智能客车路径跟踪控制问题的MDP模型;

S7:基于MKDHP算法设计跟踪预定轨迹的控制器,控制器包括执行器模块和评价器模块,其中执行器模块输出当前时刻 下的控制动作 ,评价器模块包括第一评价器模块、第二评价器模块;分别输出当前时刻 下和下一时刻 下状态值函数对状态的导数 和 ;

S8:建立MKDHP算法中执行器模块和评价器模块的在线更新规则;

S9:判断当前时刻 下距离智能客车最近的预定轨迹中的目标点是否为终点,若是,智能客车停止行驶;否则,将i+1赋值给i,并返回S4顺序执行。

2.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S3中核词典的构建方法如下,步骤3.1、选择式(1)作为核函数:

(1);

式(1)中, 和 为样本中的状态向量, 为高斯核函数的核宽度, 和为多项式核函数的参数;

步骤3.2、对智能客车状态样本集 基于近似线性相关分析方法已获得 个特征向量, ; 为已获得的核词典, ,判断是否将新特征向量 加入到核词典中,首先利用式(2)和式(3)计算 :;

式(2)中 , 为核词典中的元素, ,则为:

然后将计算的 与预定义阈值 进行比较来更新核词典,若 ,将 添加到核词典中,即 ;否则核词典没有变化。

3.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S4中局部坐标系下的轨迹跟踪误差状态方程构建方法如下,步骤4.1、定义当前时刻 下智能客车后轴中心在全局坐标系中的位置坐标为,速度为 ,航向角为 ,记为 ;

步骤4.2、设定 为预瞄距离,在预定轨迹中搜索大于预瞄距离L且距离智能客车最近的目标点,则该目标点定义为预瞄点 ,记为 ;

步骤4.3、定义智能客车在当前时刻 下相对于预瞄点 的误差状态方程为:;

式(4)中, 分别为当前时刻 下纵向偏差、横向偏差和航向角偏差;

步骤4.4、根据式(5)得到局部坐标系中智能客车与预瞄距离 处的预瞄点 的横向偏差与航向角偏差的变化率为:;

式(5)中, 和 分别为在当前时刻 下智能客车后轴中心点的纵向和侧向速度, 为智能客车轴距, 为当前时刻 智能客车的前轮转角, 为预瞄点 处的道路曲率。

4.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S5中道路曲率 的计算方法如下,步骤5.1、在当前时刻 下从预定轨迹中选择距离智能客车 最近的目标点 ,使用式(6)计算 到预瞄点 的距离 ,若 ,则使用二次多项式拟合 至 之间的轨迹;否则在预定轨迹中搜索大于距离 且距离智能客车最近的目标点 ,使用二次多项式拟合 至 之间的轨迹;

式(6)中 为所拟合轨迹的目标点个数;

步骤5.2、使用的二次多项式对上述轨迹进行拟和,拟合的二次多项式方程如式(7)所示:;

式(7)中 为常数项系数, 为一次项系数, 为二次项系数;

则道路曲率 。

5.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S6中MDP模型的建立方法如下步骤6.1、定义智能客车在当前时刻 下的状态向量为,定义智能客车在当前时刻 下的控制动作为智能客车期望行驶曲率的补偿量 ;

步骤6.2、利用式(8)计算当前时刻 下状态向量 的回报 :;

式(8)中,其中 为与状态维数相关的半正定对角矩阵, 为一正常数;

步骤6.3、定义当前时刻 下状态值函数值 ,计算式如下:;

式(9)中, 为当前时刻 下的智能客车状态向量, 为当前时刻 下控制动作, 为当前时刻 下的立即回报值, 为折扣因子, 为下一时刻下的目标函数值, 为下一时刻 下的智能客车状态向量,由式(10)计算:;

式(10)中, 为控制周期, ;

步骤6.4、利用式(11)计算当前时刻 下最优的控制动作 :     (11) 。

6.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S7中跟踪预定轨迹的控制器设计方法如下利用式(12)计算MKDHP算法中执行器输出 并作为智能客车当前时刻 下的控制动作:;

式(12)中, 为最大侧向加速度, ; 分别为输入层到隐含层的第一权值和偏置, ; 分别为隐含层到输出层的第二权值和偏置, ;

利用式(13)计算MKDHP算法中评价器输出 并作为智能客车当前时刻 下的目标:;

式(13)中, 为当前时刻 下评价器权值矩阵, 为核词典中样本 构成的基函数, , 为核词典中样本个数。

7.根据权利要求1所述的一种智能客车跟踪预定轨迹的控制方法,其特征在于:所述S8中执行器模块和评价器模块的在线更新规则如下,步骤8.1、执行器模块的在线更新规则:将极小化利用式(14)建立的误差函数 作为执行器模块的学习目标:;

利用式(15)‑式(18)更新当前时刻 下执行器模块的权值 和偏置,从而获得下一时刻 下的权值 和偏置 :;

式(15)‑式(18)中 为评价器模块的学习步长, ;

步骤8.2、评价器模块的在线更新规则:利用式(19)定义误差函数 为:;

式(19)中 表示为向量 中第 个元素, 表示为向量中第 个元素, 可由式(20)得到:;

对于状态 ,假设 为其维数,则 ,利用式(21)定义中间变量:

式(21)中 为对角矩阵 中第 个对角元素值, 表示状态 中第 个元素,表示权值矩阵 中第 行权值向量,则利用式(22)得到误差函数 的第行向量 为:     (22);

定义中间变量 ,利用式(23)‑式(25)更新当前时刻 下评价器模块的权值 ,从而获得下一时刻 下的权值 :;

               (24);

式(23)‑式(25)中, 为评价器模块的学习步长,为遗忘因子, 。