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Path Tracking Controller Design of Automated Parking Systems via NMPC with an Instructible Solution

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2024年第3期37卷 353-367页

作者： Liang Chen zhaobo qin Manjiang Hu Yougang Bian Xiaoyan Peng State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing Technology for Vehicle College of Mechanical and Vehicle EngineeringHunan UniversityChangsha 410082China Wuxi Intelligent Control Research Institute of Hunan University Wuxi 214115China

Parking difficulties have become a social issue that people have to *** parking system is practicable for quick par operations without a driver which can also greatly reduces the probability of parking *** paper proposes a Lyapunov-based nonlinear model predictive controller embedding an instructable solution which is generated by the modified rear-wheel feedback method(RF-LNMPC)in order to improve the overall path tracking accuracy in parking ***,A discrete-time RF-LNMPC considering the position and attitude of the parking vehicle is proposed to increase the success rate of automated parking ***,the RF-LNMPC problem with a multi-objective cost function is solved by the Interior-Point Optimization,of which the iterative initial values are described as the instructable solutions calculated by combining modified rear-wheel feedback to improve the performance of local optimal ***,the details on the computation of the terminal constraint and terminal cost for the linear time-varying case is *** closed-loop stability is verified via Lyapunov techniques by considering the terminal constraint and terminal cost ***,the proposed RF-LNMPC is implemented on a selfdriving Lincoln MKZ platform and the experiment results have shown improved performance in parallel and vertical parking *** Monte Carlo analysis also demonstrates good stability and repeatability of the proposed method which can be applied in practical use in the near future.

关键词： Automated parking Path tracking controller Nonlinear model predictive control Monte Carlo analysis

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地下停车场环境融合语义特征的视觉惯性定位方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 185-197页

作者：秦兆博李琦邢喆高铭谢国涛王晓伟湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 湖南大学无锡智能控制研究院江苏无锡214115

针对地下停车场环境GPS信号差、光线暗、特征少、纹理弱等带来的定位问题,提出了一种融合语义信息的视觉惯性定位算法.该算法首先通过视觉里程计和IMU预积分进行视觉惯性信息的融合.同时,利用4个鱼眼摄像头输入图像构建全景环视图像,并... 详细信息

针对地下停车场环境GPS信号差、光线暗、特征少、纹理弱等带来的定位问题,提出了一种融合语义信息的视觉惯性定位算法.该算法首先通过视觉里程计和IMU预积分进行视觉惯性信息的融合.同时,利用4个鱼眼摄像头输入图像构建全景环视图像,并采用语义分割算法提取停车场环境语义信息.然后,根据视觉惯性紧耦合位姿完成逆投影变换,获得语义特征投影地图并采用回环检测和位姿图优化方式减小累积误差,完成全局位姿图优化,实现较高精度的定位效果.最后,通过Gazebo仿真与实车测试对该算法进行了验证.结果表明,本文算法能充分利用环境语义信息构建较为完整的语义地图,且基于重复定位误差对比,相较于ORB-SLAM3提高了车辆定位精度.

关键词：自主代客泊车视觉惯性定位多鱼眼全景环视语义地图

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Trajectory tracking control of autonomous heavy-duty mining dump trucks with uncertain dynamic characteristics

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Science China(Information Sciences) 2023年第10期66卷 246-262页

作者： Liang CHEN zhaobo qin Manjiang HU Hongbo GAO Yougang BIAN Biao XU Xiaoyan PENG State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body Hunan University Wuxi Intelligent Control Research Institute of Hunan University Department of Automation University of Science and Technology of China

The proportion of mines using autonomous mining trucks is still very low at present. To promote the development of intelligent mining, it is urgent to proceed with the drive-by-wire modification to common mining trucks and design a motion control algorithm considering uncertain dynamic *** paper proposes a trajectory tracking control method for autonomous heavy-duty mining dump trucks(AHMDTs) with uncertain dynamic characteristics. In this method, a driving/braking force compensation algorithm based on an inverse dynamic model is designed to guarantee accurate longitudinal control with less control gain tuning. Using road curvatures, a modified rear-wheel position feedback control method is proposed to deal with reverse-path tracking, which can simultaneously reduce the lateral error and yaw angle error. A modified Stanley controller considering the collaborative preview based on speed and curvature is constructed to achieve accurate path tracking in the forward gear. Moreover, the proposed method focuses on the practice of trajectory tracking control in an open-pit mine condition with the adverse effects caused by uncertain vehicle dynamics, huge variable load, and large actuator lag. Real vehicle tests show that the proposed methodology can control AHMDTs with a low tracking error.

关键词： vehicle control trajectory tracking control driving/braking force compensation rear-wheel position feedback

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Cooperative Lane-Change Maneuver for Multiple Automated Vehicles on a Highway

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Automotive Innovation 2019年第3期2卷 157-168页

作者： Yugong Luo Gang Yang Mingchang Xu zhaobo qin Keqiang Li Department of Automobile Engineering Tsinghua UniversityBeijing 100084China Huawei Technologies Co.Ltd Shanghai 200135China

With the development of vehicle-to-vehicle(V2V)communication,it is possible to share information among multiple ***,the existing research on automated lane changes concentrates only on the single-vehicle lane change with self-detective *** lane changes are still a new area with more complicated scenarios and can improve safety and lane-change ***,a multi-vehicle cooperative automated lane-change maneuver based on V2V communication for scenarios of eight vehicles on three lanes was *** these scenarios,same-direction and intersectant-direction cooperative lane changes were *** vehicle that made the cooperative decision obtained the information of surrounding vehicles that were used to cooperatively plan the trajectories,which was called cooperative trajectory *** cooperative safety spacing model was proposed to guarantee and improve the safety of all vehicles,and it essentially developed constraints for the trajectory-planning *** planning was treated as an optimization problem with the objective of maximizing safety,comfort,and lane-change efficiency under the constraints of vehicle dynamics and the aforementioned safety spacing *** tracking based on a model predictive control method was designed to minimize tracking errors and control ***,to verify the validity of the proposed maneuver,an integrated simulation platform combining MATLAB/Simulink with CarSim was ***,a hardware-in-the-loop test bench was performed for further *** results indicated that the proposed multi-vehicle cooperative automated lane-change maneuver can achieve lane changes of multiple vehicles and increase lane-change efficiency while guaranteeing safety and comfort.

关键词： Cooperative automated lane change Safety spacing model Cooperative trajectory planning Trajectory tracking

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基于最优前轮侧偏力的智能汽车LQR横向控制

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第9期61卷 906-912页

作者：陈亮秦兆博孔伟伟陈鑫湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

为提高智能汽车在大曲率高速工况下的车辆横向稳定性和跟踪精度,该文提出了一种基于最优前轮侧偏力的智能汽车线性二次型调节器(LQR)路径跟踪横向控制方法。通过构建基于"前馈+反馈"的LQR控制器对期望前轮侧偏力进行实时在线求解并使跟... 详细信息

为提高智能汽车在大曲率高速工况下的车辆横向稳定性和跟踪精度,该文提出了一种基于最优前轮侧偏力的智能汽车线性二次型调节器(LQR)路径跟踪横向控制方法。通过构建基于"前馈+反馈"的LQR控制器对期望前轮侧偏力进行实时在线求解并使跟踪误差收敛,最终通过刷子轮胎模型将控制量转化为期望前轮转角。该方法有效地保持了车辆模型与轮胎模型原有的非线性特性。基于PreScan搭建了仿真模型,结果表明:与应用线性轮胎模型的LQR控制器相比,所提出的控制方法在降低路径跟踪误差的同时,还能有效提升车辆的横向稳定性。

关键词：智能汽车路径跟踪控制车辆横向稳定性线性二次型调节器(LQR)

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基于改进BP神经网络的智能车纵向控制方法

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汽车工程 2022年第8期44卷 1162-1172页

作者：梁旺秦兆博陈亮边有钢胡满江湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对传统PI控制在车辆速度跟踪过程中参数固定且不易整定的问题,提出了一种基于改进BP神经网络的智能汽车纵向控制方法。分别构建驱/制动模式下的BP神经网络,针对BP神经网络初始参数选取困难及反向自学习存在梯度消失等问题,利用粒子群... 详细信息

针对传统PI控制在车辆速度跟踪过程中参数固定且不易整定的问题,提出了一种基于改进BP神经网络的智能汽车纵向控制方法。分别构建驱/制动模式下的BP神经网络,针对BP神经网络初始参数选取困难及反向自学习存在梯度消失等问题,利用粒子群算法和批处理归一化方法对BP神经网络进行改进,最终实现PI控制参数的动态自整定。通过Carsim/Simulink联合仿真与实车测试对该方法进行了验证,结果表明:相比于传统PI控制,所提出的纵向控制方法在实现基于误差快速调整参数的同时提高了车辆纵向控制精度。

关键词：智能汽车速度跟踪控制 BP神经网络自整定粒子群算法

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考虑轨迹预测补偿的履带车辆滑动参数估计方法

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清华大学学报（自然科学版） 2022年第1期62卷 133-140页

作者：李睿李春明苏杰陈亮秦兆博边有钢北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

由于履带与地面之间的相互作用力复杂,因此为履带车辆建立精确的模型较为困难。该文提出了一种基于轨迹预测补偿的双重无迹Kalman滤波(DUKF)的履带车辆滑动参数实时估计方法。上层无迹Kalman滤波(UKF)利用历史轨迹信息对滑动参数进行初... 详细信息

由于履带与地面之间的相互作用力复杂,因此为履带车辆建立精确的模型较为困难。该文提出了一种基于轨迹预测补偿的双重无迹Kalman滤波(DUKF)的履带车辆滑动参数实时估计方法。上层无迹Kalman滤波(UKF)利用历史轨迹信息对滑动参数进行初步估计,将初步估计的滑动参数输入基于履带车辆瞬时转向中心(ICR)的车辆模型进行轨迹预测,结合轨迹预测相对位置的残差,通过下层UKF对初步估计的滑动参数进行补偿。基于RecurDyn与MATLAB/Simulink搭建仿真模型对所提出的方法进行了验证。仿真结果表明,与传统的UKF和扩展Kalman滤波(EKF)相比,DUKF能够在转变工况下进一步提升履带车辆滑动参数估计精度并减小轨迹预测误差。

关键词：履带车辆滑动参数无迹Kalman滤波(UKF) 轨迹预测瞬时转向中心(ICR)

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液压混合动力履带推土机行星齿轮传动系统的设计

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清华大学学报（自然科学版） 2017年第5期57卷 497-503页

作者：秦兆博罗禹贡张东好陈龙李克强清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 北京电动车辆协同创新中心北京100081

为提升液压混合动力履带车辆综合传动效率,以履带推土机为例,提出了一种传动系统设计方案。搭建表征行星传动系统动力学特征的矩阵。分别依据物理可行性、系统特性对动力学特征矩阵进行筛选,对比现有履带推土机的直线行驶及转向性能筛... 详细信息

为提升液压混合动力履带车辆综合传动效率,以履带推土机为例,提出了一种传动系统设计方案。搭建表征行星传动系统动力学特征的矩阵。分别依据物理可行性、系统特性对动力学特征矩阵进行筛选,对比现有履带推土机的直线行驶及转向性能筛选出更优的结构。根据履带推土机典型循环工况,运用全局动态规划方法确定燃油经济性最优结构方案。结果表明:相比于现有的液压传动方案,该方案提升了牵引性能、转向性能及燃油经济性。

关键词：履带推土机液压混合动力行星传动动态规划

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多AUV分布式模型预测深度和纵向速度控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第6期49卷 45-54页

作者：边有钢张俊杰李崇康徐彪秦兆博胡满江湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 湖南大学无锡智能控制研究院江苏无锡214115

针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的深度和纵向速度耦合控制问题,提出一种基于分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control,DMPC)的双子系统控制方法 .在DMPC的框架下,AUV和邻居共享信息以建立... 详细信息

针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的深度和纵向速度耦合控制问题,提出一种基于分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control,DMPC)的双子系统控制方法 .在DMPC的框架下,AUV和邻居共享信息以建立预测优化问题,实现多AUV的协同控制.考虑单个AUV的深度和纵向速度控制,深度控制子系统参考轨迹中的俯仰角序列作为速度控制子系统中俯仰角的实际值,同时纵向速度控制子系统参考轨迹中的纵向速度序列作为深度控制子系统中纵向速度的实际值,由此解耦为两个子系统,进而独立地求解预测优化问题.仿真实验结果表明,相对于整体系统DMPC方法,本文提出的双子系统DMPC方法可在牺牲一定深度控制收敛速度的基础上降低计算时间73.3%.

关键词：自主水下航行器分布式模型预测控制深度控制纵向速度控制

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SiC粉体中Fe元素的赋存形态及其提纯工艺

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稀有金属材料与工程 2020年第2期49卷 644-649页

作者：冯东任全兴姜岩茹红强王伟张翠萍赵世伟秦肇伯东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为了探究SiC块体中Fe元素的赋存形态及其粉体纯化机制,分别以冶炼后SiC块体以及经气流磨破碎后的粉体为主要原料,以HCl、HNO3、H2SO4和HF作为酸洗剂,对SiC粉体进行酸洗。通过XRD、SEM和ICP等检测手段对SiC块体和酸洗前后粉体的物相组成... 详细信息

为了探究SiC块体中Fe元素的赋存形态及其粉体纯化机制,分别以冶炼后SiC块体以及经气流磨破碎后的粉体为主要原料,以HCl、HNO3、H2SO4和HF作为酸洗剂,对SiC粉体进行酸洗。通过XRD、SEM和ICP等检测手段对SiC块体和酸洗前后粉体的物相组成、微观结构及Fe元素含量进行表征,重点研究微观状态下SiC中Fe元素的赋存形态及其酸洗提纯工艺。结果表明:Fe元素以FexSiy固溶体的形式赋存于SiC块体的内部,并且微观状态下呈现出被游离Si所包裹的形态;当控制液/固比为5:1时,最佳酸洗的工艺参数为:HF浓度0.15 mol/L,浸出温度70℃,浸出时间2 h,在此工艺下Fe元素的去除率可达94.1%。

关键词： SiC Fe元素微观结构酸洗工艺

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