Điều khiển hướng chuyển động ô tô theo quỹ đạo cho trước bằng MPC

Bài báo nghiên cứu ứng dụng MPC (Model Predictive Control) trong điều khiển chuyển động bám theo quỹ đạo cho trước của trọng tâm ô tô khi vận tốc dài không đổi để làm cơ sở điều khiển hệ thống lái của xe ô tô tự hành.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển hướng chuyển động ô tô theo quỹ đạo cho trước bằng MPC HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG Ô TÔ THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC BẰNG MPC VEHICLE MOTION CONTROL FOLLOW A REFERENCE TRAJECTORY BY USING MPC LÊ VĂN NGHĨA*, TRẦN MINH CÔNG, LÊ VĂN TÀI, ĐẬU VĂN ĐỨC, PHẠM VĂN SANG, ĐỖ ĐÌNH QUANG ANH, VŨ ĐÌNH HÒA Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội *Email liên hệ: nghia.levan@hust.edu.vn 1. Giới thiệu Tóm tắt Xe tự hành đang là một hướng nghiên cứu mới Hòa cùng với sự phát triển của khoa học và công hiện nay, rất nhiều các công ty lớn và các hãng sản nghệ trên thế giới, xe tự hành đang được quan tâm xuất xe hơi nổi tiếng đầu tư cho các nghiên cứu trong nghiên cứu rất nhiều. Bài báo nghiên cứu ứng lĩnh vực này. Một trong những bài toán quan trọng dụng MPC (Model Predictive Control) trong điều trong khi nghiên cứu về xe tự hành là việc đảm bảo khiển chuyển động bám theo quỹ đạo cho trước chuyển động của xe bám theo những quỹ đạo cho của trọng tâm ô tô khi vận tốc dài không đổi để trước, được xác định bởi các cảm biến lắp trên xe làm cơ sở điều khiển hệ thống lái của xe ô tô tự (rada, lida, camera, GPS,…). Và bộ điều khiển dự báo hành. Để đánh giá khả năng làm việc của bộ điều (MPC) được sử dụng rộng rãi. Bộ điều khiển dự báo khiển MPC, xây dựng mô hình động lực học quay dùng một mô hình để đoán trước đáp ứng tương lai vòng một vết của ô tô để tính toán sai lệch quỹ đạo của đối tượng điều khiển tại các thời điểm rời rạc chuyển động thực tế so với quỹ đạo cho trước khi trong một phạm vi dự báo (Prediction horizon) nhất vận tốc dọc của xe không đổi. Khảo sát ảnh hưởng định. Dựa vào đáp ứng dự báo này, một thuật toán tối của vận tốc dài đến sai lệch ngang quỹ đạo khi xe ưu hoá được sử dụng để tính toán chuỗi tín hiệu điều chuyển làn kép, rẽ vuông góc. khiển tương lai trong phạm vi điều khiển (Control horizon) sao cho sai lệch giữa đáp ứng dự báo bởi mô Từ khóa: MPC, động lực học quay vòng, mô phỏng, điều khiển. hình và tín hiệu chuẩn cho trước là tối thiểu. Phương pháp điều khiển dự báo là phương pháp tổng quát thiết Abstract kế bộ điều khiển trong miền thời gian có thể áp dụng Vehicle autonomous driving is being extensively cho hệ tuyến tính cũng như hệ phi tuyến. Khi điều studied in the development of science and khiển xe bám theo một quỹ đạo đã được xác định technology around the world. The article proposes trước với sai số trong khoảng cho phép (theo SAE là an application of MPC (Model Predictive Control) 150mm) thì phải tính đến ảnh hưởng của lực ngang in motion control of a vehicles centre of gravity lốp xe sinh ra trong quá trình quay vòng [1]. when moving with constant longitudinal speed by Lực ngang tác dụng lên xe xuất hiện khi xe quay following a given trajectory. The given control vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió ngang. algorithm can be used as the basis for the Khi quay vòng quỹ đạo chuyển động của xe tuân theo development of a vehicle autonomous steering những quy luật nhất định, chịu sự tác động không chỉ system. The MPC controllers functionality was góc đánh lái (góc quay vô lăng) mà còn chịu ảnh evaluated by deviation of the actual motion hưởng của biến dạng ngang của lốp trong quá trình trajectory from the given trajectory while keeping quay vòng [2,3]. Khi có lực ngang, phản lực thẳng the vehicles longitudinal velocity constant. A đứng từ mặt đường tác dụng lên hai bánh xe cùng một vehicle rotational dynamics model was built to trục thay đổi làm ảnh hưởng đến khả năng truyền lực calculate the motion errors. The effects of kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như longitudinal speed on trajectory lateral error when trượt hoặc lật xe theo phương ngang. Biến dạng ngang của lốp xe trong quá trình đánh lái có thể làm sai lệch the vehicle changes lanes, turn perpendicular. quỹ đạo chuyển động của xe khi được điều khiển tự Keywords: MPC, steering dynamics, simulation, động. Bài báo này ng ...