一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法与流程

1.本发明涉及压路机的转向控制技术领域，具体涉及一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法。


背景技术：

2.目前市场上现有的横纵向底层控制器几乎采用电控制器几乎没有采用液压控制器方案，因为电控系统具有精度高时效性高的特点，液压控制器为传统人工驾驶控制器具有精度底时效性底的特点。针对底层液压控制器的问题，目前市场仅有的几家厂商采用的采用的方法是后装电控制器的方法来进行控制，对成本以及算法的要求会更高，因为在底盘控制电控制器的底层是液压执行器会存在控制精度不高的问题.因此设计一个好的控制算法显得非常重要。
3.目前市场上现有的控制算法主要用pid算法和mpc算法。mpc算法具有算法运算量大复杂度高的特点对硬件算力要求比较高,在硬件上无法満足量产的要求；pid算法运算量小对硬件要求低缺点是调试难度大可能不同的施工流需要不同的调试参数,参数适用性比较差。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法，在现有纯追踪算法和基础上添加航行辅助对比目标航向与当前航向的差值，并通过多种补偿算法进行偏差补偿以提高弯道处横向控制精度确保整个施工过程中模向误差大大降低。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法方法，包括以下步骤：
6.步骤一：通过纯追踪算法控制压路机按照规划路径和目标角速度行驶；
7.步骤二：行驶过程中结合压路机的转向系统的转向间隙对转向角度进行补偿；
8.步骤三：通过pid补偿算法进行横向偏差补偿；
9.步骤四：再通过pid补偿算法对当前角速度进行补偿；
10.步骤五：再通过pid补偿算法进行航向偏差补偿；
11.步骤六：然后结合增量式pid控制逻辑，将车辆的目标前轮偏角转换为目标方向盘转角输出控制。
12.在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
13.可选的，所述步骤一的具体步骤如下：获取规划路径，并根据当前运行车速和规划路径的曲率选取规划路径中的预瞄点，并获取规划路径中预瞄点的属性，根据压路机所在位置点和预瞄点计算出实时行驶半径。
14.可选的，所述步骤二的具体步骤如下：通过在车辆前方和车辆后方分别设置传感器采集车辆转向信息，并获取转向系统间隙，根据转向系统间隙进行转向不足补偿，当转向
系统存在小角度的转向不足时，生成转向不足情况下的路径曲线，并通过控制器将转向差值在控制转向过程中补偿到控制参数中进行调节以弥补转向不足的问题。
15.可选的，所述步骤三的具体步骤如下：选取规划路径上的多个路径点，计算得到被选取的路径点对应的平均横向偏差，通过当前速度与航向计算出到达路径点时的横向偏差，再计算出平均横向偏差，然后通过pid补偿算法对当前横向偏差进行补偿修正，使得平均横向偏差尽可能小同时当前位置横向偏差最小和方向盘尽可能少量摆动。
16.可选的，所述步骤四中，根据当前角速度与目标角速度进行pid补偿控制。
17.可选的，所述步骤五的具体步骤如下：通过pid补偿算法对航向偏差进行补偿，其中，选取规划路径上的多个路径点，计算得到被选取的路径点对应的平均航向偏差，将当前航向与平均航向偏差进行比较，并通过pid补偿算法进行补偿，使得平均航向偏差尽可能小同时当前位置横向偏差最小和方向盘尽可能少量摆动。
18.可选的，所述步骤六的具体步骤如下：通过增量式pid控制将目标角速度转化成前轮的目标偏角并输出到方向盘转角进行转向控制。
19.可选的，所述预瞄点的属性包括该预瞄点的相对坐标、航向以及该预瞄点对应的转向角信息。
20.可选的，横向偏差和航向偏差均以道路中心线为基准线。
21.可选的，计算出平均横向偏差和目标偏角后，通过模糊查询自动匹配对应的补偿或控制参数。
22.本发明的有益效果是：本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法在现有纯追踪算法和基础上添加航行辅助对比目标航向与当前航向的差值，并通过多种补偿算法进行偏差补偿以提高弯道处横向控制精度确保整个施工过程中模向误差大大降低。采用改进后的纯追踪算法加增量式pid算法,在不降低控制精度的条件下有效降低了算法时间复杂度,降低了对控制器的依赖。
附图说明
23.图1为本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法流程图；
24.图2为实施例中的纯追踪算法的示意图；
25.图3为本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法的横向偏差的示意图；
26.图4为本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法的航向偏差的示意图；
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.图1为本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法流程图，如图1所示，方法包括：
29.步骤一：通过纯追踪算法控制压路机按照规划路径和目标角速度行驶；
30.步骤二：行驶过程中结合压路机的转向系统的转向间隙对转向角度进行补偿；
31.转向间隙为前馈补偿量，是固有属性，在转向系统的设计与安装时就会产生。通过获取当前方向盘转角与前轮偏角值反算出转向间隙，注意此时算出的转向间隙还是一个大概量，还需要进行转向间隙补偿后小范围调试来得到不同角度的转向间隙值，一般转向间隙只在小角度范围有。
32.步骤三：通过pid补偿算法进行横向偏差补偿；
33.可以理解的是，将当前位置和目标位置横向偏差通过pid补偿算法进行补偿，并输出对应的转角控制，使得横向偏差得到修正，能够按照规划路径顺利前进。
34.所述具体步骤如下，选取规划路径上的三个路径点，根据每个点的目标航向与当前航向进行计算，算出选取的三个路径点的平均航向偏差，并通过pid补偿算法进行补偿，以确保与最近道路的横向偏差尽可能小方向盘转动次数尽量少方向盘抖动尽量小，或保持在设定的误差范围内。
35.步骤四：再通过pid补偿算法对当前角速度进行补偿；
36.可以理解的是，将当前位置和目标位置角速度偏差通过pid补偿算法进行补偿，并输出对应的转角控制，使得角速度偏差得到修正，能够按照规划路径顺利前进。
37.所述具体步骤如下，选取规划路径上的三个路径点，根据每个点的目标角速度与当前角速度进行计算，算出选取的三个路径点的平均角速度偏差，并通过pid补偿算法进行补偿，以确保与最近道路的横向偏差尽可能小方向盘转动次数尽量少方向盘抖动尽量小，或保持在设定的误差范围内。
38.步骤五：再通过pid补偿算法进行航向偏差补偿；
39.可以理解的是，将当前位置和目标位置航向偏差通过pid补偿算法进行补偿，并输出对应的转角控制，使得航向偏差得到修正，能够按照规划路径顺利前进。
40.所述具体步骤如下，选取规划路径上的三个路径点，根据每个点的目标航向与当前航向进行计算，算出选取的三个路径点的平均航向偏差，并通过pid补偿算法进行补偿，以确保与最近道路的横向偏差尽可能小方向盘转动次数尽量少方向盘抖动尽量小，或保持在设定的误差范围内。
41.步骤六：然后结合增量式pid控制逻辑，将车辆的目标前轮偏角转换为目标方向盘转角输出控制。
42.可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法，将纯追踪算法与pid模糊算法结合并进行改进，对压路机行驶过程中的转向角度、横向偏差、角速度和行情偏差进行补偿，并利用增量式pid控制逻辑，将压路机的前轮偏角转换成方向盘的目标转角最终输出对方向盘转动角度的控制。
43.本发明在现有纯追踪算法和基础上添加航行辅助对比目标航向与当前航向的差值，并通过多种补偿算法进行偏差补偿以提高弯道处横向控制精度确保整个施工过程中模向误差大大降低。
44.在一种可能的实施例方式中，所述步骤一的具体步骤如下：获取规划路径，并根据当前运行车速和规划路径的曲率选取规划路径中的预瞄点，并获取规划路径中预瞄点的属性，根据压路机所在位置点和预瞄点计算出实时行驶半径。
45.可以理解的是，如图2所示，行驶半径为r，其中，具体的计算方式如下：图中是我们
下一个要追踪的路点，它位于我们已经规划好的规划路径上，现在需要控制车辆经过该路径点，l
d
表示车辆当前位置到路径点的距离，α表示目前车身姿态和目标路点的夹角，那么根据正弦定理我们可以推导出如下转换式：
[0046][0047]
则：
[0048]
那么
[0049]
纯追踪算法控制量的的最终表达式为
[0050]
在一种可能的实施例方式中，所述步骤二的具体步骤如下：通过在车辆前方和车辆后方分别设置传感器采集车辆转向信息，并获取转向系统间隙，根据转向系统间隙进行转向不足补偿，当转向系统存在小角度的转向不足时，生成转向不足情况下的路径曲线，并通过控制器将转向差值在控制转向过程中补偿到控制参数中进行调节以弥补转向不足的问题。
[0051]
可以理解的是，在车辆的前方和后方分别设置传感器，可以采集到车辆的转向角信息，而根据车辆转向系统，能够获得车辆转向之后，前轮与特定位置的间隙大小，因此，实施例中，根据以上信息，当转向系统存在一定角度的转向不足时，根据生成的转向不足情况下的路径曲线，得到转向差值，并将该转向差值补偿到进一步的调节控制中；从而使得转向角与目标转向方向说对应的转向角一致。
[0052]
在一种可能的实施例方式中，所述步骤三的具体步骤如下：选取规划路径上的多个路径点，计算得到被选取的路径点对应的平均横向偏差，通过当前速度与航向计算出到达路径点时的横向偏差，再计算出平均横向偏差，然后通过pid补偿算法对当前横向偏差进行补偿修正，使得平均横向偏差尽可能小同时当前位置横向偏差最小和方向盘尽可能少量摆动。
[0053]
可以理解的是，实施例中，作为举例说明取规划路径中的三个点作为路径点，如图3所示，能够得到的是该三个点的平均横向偏差，根据设定，将车辆当前位置对应的横向偏差与平均横向偏差的进行比较，然后采用pid补偿算法对目标角速度进行补偿修正。
[0054]
在一种可能的实施例方式中，所述步骤四中，根据当前角速度与目标角速度进行pid补偿控制。
[0055]
可以理解的是，将当前角速度和目标角速度通过pid补偿算法进行补偿，并输出对应的角速度控制，使得当前角速度得到修正，能够按照规划路径顺利前进。
[0056]
在一种可能的实施例方式中，所述步骤五的具体步骤如下：通过pid补偿算法对航向偏差进行补偿，其中，选取规划路径上的多个路径点，计算得到被选取的路径点对应的平均航向偏差，并通过pid补偿算法对航向进行补偿，使得平均航向偏差尽可能小同时当前位置横向偏差最小且方向盘尽可能少量摆动。
[0057]
可以理解的是，对于航向偏差补偿过程中，同样选取规划路径上的三个点作为路
径点，如图4所示，根据每个点的航向偏差的偏差值计算出选取的该三个路径点的平均航向偏差，并与当前航向偏差进行对比，然后通过pid补偿算法对当前航向偏差进行补偿修正，使得航向偏差与规划路径的航向偏差一致，或保持在设定的误差范围内。
[0058]
在一种可能的实施例方式中，所述步骤六的具体步骤如下：通过增量式pid控制将目标角速度转化成前轮的目标偏角并输出到方向盘转角进行转向控制。
[0059]
可以理解的是，增量式pid控制是通过对控制量的增量(本次控制量和上次控制量的差值)进行pid控制的一种控制算法。和位置式pid控制不同，增量式pid控制将当前时刻的控制量和上一时刻的控制量做差，以差值为新的控制量，是一种递推式的算法。增量式pid控制主要是通过求出增量，将原先的积分环节的累积作用进行了替换，避免积分环节占用大量计算性能和存储空间。因此，本实施例能够快速响应并控制在一定精度范围内进行方向盘转角的调节。
[0060]
在一种可能的实施例方式中，所述预瞄点的属性包括该预瞄点的相对坐标、航向以及该预瞄点对应的转向角信息。
[0061]
在一种可能的实施例方式中，横向偏差和航向偏差均以道路中心线为基准线。
[0062]
可以理解的是，车辆一般为对称结构，而道路中心线为道路的最中间部分，其对应的参数一般为道路边缘线的平均值，因此，以此作为基准线计算和控制更为准确。
[0063]
在一种可能的实施例方式中，计算出平均横向偏差和目标偏角后，通过模糊查询自动匹配对应的补偿或控制参数。
[0064]
可以理解的是，设置模糊查询能够节省每组数据均需要计算的时间，以及占用的内存空间，对于转向调节输出的误差起到进一步降低的效果。
[0065]
可以理解的是，本发明提供的一种针对钢轮压路机液压横向控制器的横向控制方法与现有技术中的mpc算法和pid算法相比，纯追踪算法 横向偏差补偿航向偏差补偿算法 底层增量式pid算法取得了较好的效果,时间复杂度低，调试方便适用性极强，可用的多种施工场景,可适用于同类型其它车型。能够满足不同型号、不同新旧程度的压路机的应用控制。经过反复尝试和试验，施工过程中模向误差完全可以控制在10cm以内。
[0066]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0067]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0068]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0069]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0070]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0071]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0072]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。