自动驾驶学习笔记(二十三)——车辆控制模型

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文章目录

前言

运动学模型

动力学模型

总结


前言

        见《自动驾驶学习笔记(十八)——Lidar感知》

        见《自动驾驶学习笔记(十九)——Planning模块》

        见《自动驾驶学习笔记(二十)——Planning算法》        

        见《自动驾驶学习笔记(二十一)——自动泊车系统》

        见《自动驾驶学习笔记(二十二)——自动泊车算法》

        自动驾驶中控制系统的作用是,操作车上的油门、刹车和方向盘,让车辆达到特定的速度、航向和位置。开发控制系统的核心是,建立上述输入和输出之间的复杂对应关系。所以最基础的工作就是搞清楚被控对象——车辆,其运动的基本规律,也即车辆模型。

        受控对象车辆的类型一般有乘用车、货运卡车、物流小车等等,本文以最基本的简化模型为例进行介绍。

运动学模型

为了突显车辆的主要规律,同时提高模型的可用性,对车辆模型作如下简化:

1、只考虑车辆的平面运动;

2、左右车辆合并,不考虑转向时候左右轮子的转角差;

车辆简化后得到一个经典的两轮车模型,示例如下:

O:车辆瞬心

Z:车辆质心

R: 转弯半径

β:速度与车辆纵轴的侧偏角(车身坐标系)

δ:车轮转角(车身标系)

Ψ:车身横摆角(世界坐标系)

ℓ:前后轮轴质心距

L:前后轮轴距

当车速比较慢时有β→0,前轮转向δf→0,推导上述几何模型示例如下:

模型分析:

1.实际情况下β不一定为0

2.车辆速度方向不一定与轮胎方向一致

3.模型完全由几何关系确立,没有考虑到运动过程中力的影响

动力学模型

对车辆模型作如下简化:

1、考虑轮胎侧偏特性,当轮胎受到横向力时变形产生侧滑Fy = C*θ(侧偏刚度*侧偏角)

2、不考虑路面坡度影响(侧倾)

车辆简化后得到一个经典的二自由度侧向动力学模型,示例如下:

推导上述动力学模型示例如下:

模型分析:

1.没有考虑坡度的影响(模型扩展:侧倾动力学模型)

2.侧偏角较大时,轮胎侧向力与侧偏角不成正比。侧向力的大小取决于侧偏角,轮胎载荷,摩擦系数和轮胎纵向受力

总结

        以上就是本人在学习自动驾驶时,对所学课程的一些梳理和总结。后续还会分享另更多自动驾驶相关知识,欢迎评论区留言、点赞、收藏和关注,这些鼓励和支持都将成文本人持续分享的动力。

        另外,如果有同在小伙伴,也正在学习或打算学习自动驾驶时,可以和我一同抱团学习,交流技术。


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