کنترل یکپارچه طولی و عرضی برای ردیابی مسیر خودروی خودران مبتنی بر کنترل کننده پیش بین مدل غیرخطی و تخمین گر افق لغزان در شرایط تاخیر و عدم قطعیت شبکه

خودروهای خودران به منظور انجام ایمن مانورهای سریع نظیر تغییر خط، نیازمند سیستم کنترلی دقیقی هستند که قادر به مدیریت دینامیک غیرخطی خودرو باشد. با این حال، در شرایط عملیاتی واقعی، عواملی نظیر نویز اندازه گیری سنسورها، نویز فرآیند، تاخیرهای زمانی و از دست رفتن داده ها می توانند پایداری سیستم کنترل را به مخاطره بیندازند. در این پژوهش، یک ساختار کنترلی یکپارچه مبتنی بر کنترل پیش بین مدل غیرخطی (Nonlinear Model Predictive Control) و تخمین گر افق لغزان (Moving Horizon Estimation) ارائه شده است. در روش پیشنهادی، تخمین گر افق لغزان با در نظر گرفتن قیود فیزیکی و مدل دینامیکی، اثر نویز را فیلتر کرده و وضعیت های سیستم را در زمان های از دست رفتن داده و تاخیر در دریافت اطلاعات بازسازی می کند. سپس کنترل کننده پیش بین مدل غیرخطی با دریافت وضعیت های اصلاح شده، فرامین بهینه را با هدف کمینه سازی خطای ردیابی و حفظ راحتی سرنشین محاسبه می نماید. نتایج شبیه سازی مانور تغییر خط دوگانه در محدوده سرعت ۱۰۸ کیلومتر بر ساعت نشان می دهد که در یک سناریوی بحرانی (شامل ۱۰۰ میلی ثانیه تاخیر شبکه، ۲۰ درصد ریزش داده، نویز سنسورها و عدم قطعیت ناشی از استفاده از مدل چهارچرخ با تایر پژکا در شبیه ساز)، رویکرد پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) عملکرد برتری دارد. این ساختار ضمن جلوگیری از نوسانات نامطلوب در زاویه فرمان و نیروی کشش، پایداری خودرو را کاملا حفظ می کند. ثبت ماکزیمم خطای جانبی ۰.۱ متر و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر با ۰.۰۴۴ متر، نشان دهنده عملکرد مناسب این سیستم در تضمین ایمنی و پایداری است.

کلیدواژه ها:

خودروی خودران ، کنترل پیش بین مدل غیرخطی ، تخمین گر افق لغزان ، عدم قطعیت سنسور ، ردیابی مسیر