實驗結果

( )

( )

1

(1) Compute the Kalman gain

(2) Update estimate with measurement

(3) Update the error co

(1) Project the state ahead

(2) Project the error covariance ahea

ˆ ˆ 變異數(Estimate error covariance)、Q 為運算處理過程之雜訊共變異數(Process noise covariance)、R 為量測值之雜訊共變異數(Measurement noise covaeiance)。

5.5 實驗結果

70

5.6833 0.9810 3.4545 1.0664 5.7537 20.2613

ref ref

front wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16

-2 0 2

degree

rear wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16

71

front wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16

rear wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Amplitude Spectrum of df

|Y(f)|

Amplitude Spectrum of dr

|Y(f)|

Amplitude Spectrum of r

|Y(f)|

Amplitude Spectrum of ay

|Y(f)|

Amplitude Spectrum of beta

Frequency (Hz)

|Y(f)|

72

圖5 - 17 為實驗 1-2 加入(5.22)式參考訊號之後的結果，前 6 秒一樣令前後輪轉向角 皆為零，在第6 秒啟動控制器，於第 7 秒至 7.8 秒等比例增加轉向角至 10°。藍色線為 感測器實際量測得到的值，而紅色虛線為參考訊號，把量測到的橫擺角速度和參考訊號 做比較，在第6 秒控制器啟動之後的平均絕對誤差為 13.2°/s，而把側滑角估測的值和參 考訊號做比較，在第 6 秒控制器啟動之後的平均絕對誤差為 1.62°，其誤差來源主要集 中在6 秒至 8 秒間，若僅比較 8 秒後車輛到達穩態後的平均絕對誤則差則為 1.02°。比 較圖5 - 16 和圖 5 - 17 的側滑角，可以看出穩態側滑角為零的參考模型確實能降低車輛 運動時的側滑角，增加行車的安全性。圖5 - 18 為實驗 1-2 的頻譜分析，可以發現到在 約3 Hz 附近的訊號增益稍大，這可能是由於伺服機的左右兩側力矩不平衡而造成輪胎 產生抖動。

實驗二

在實驗二為了要驗證適應性參考模型的效果，因此，將進行兩次實驗比較其結果，

實驗2-1 先使用固定參數的參考模型，實驗 2-2 則使用適應性參考模型，比較其在緊急 避障時的車輛動態與軌跡。

實驗2-1 在前 6 秒一樣令前後輪轉向角皆為零，在第 6 秒啟動控制器，於第 7 秒至 7.8 秒等比例增加轉向角至 15°。為了符合緊急避障時會產生大於實驗車物理限制的參考 訊號，在實驗2-1 中將參考模型的初始參數轉向特性修正為 k = 2.5，而軸距則維持不變，

藉此觀察車輛的輸出動態。實驗結果如圖5 - 19。藍色線為感測器實際量測得到的值，

而紅色虛線為參考訊號的值，可以看到在橫擺角速度的部分，由於參考訊號較大，且實 驗的場地為光滑路面，所以車輛無法達到給定的橫擺角速度參考訊號，輪胎轉角也因此 增大，而側滑角的估測模型為線性，是假設在小角度轉角的前提下，故會估測不準確，

導致車輛無法控制的很好。

73

front wheel ahgle

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

rear wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

front wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

rear wheel angle

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

74

實驗2-2 一樣在前 6 秒令前後輪轉向角皆為零，在第 6 秒啟動控制器，於第 7 秒至 7.8 秒等比例增加轉向角至 15°，並在參考模型中加入自適應性能力，將橫擺角速度參考 訊號的最大值限制在60 degree/sec，藉由(4.6)式即可得到對應的 k0，利用自適應法調整 參考模型的參數k，圖 5 - 20 為其模擬結果。

藍色線為感測器實際量測得到的值，而紅色虛線為參考訊號，可以看到在降低橫擺 角速度的參考訊號至實驗車可達到的範圍內後，實驗車的橫擺角速度皆維持在 40~50 degree/sec 左右，雖然具有些微的穩態誤差，但是相較於實驗 2-1 明顯控制的較好。

圖5 - 21 為將兩次實驗的質心軌跡放在一起比較，由於實驗時量測到的訊號會有直 流偏移量，使積分出來的軌跡會稍微偏移，故令兩次實驗的前7 秒軌跡為直線，只比較 7 秒後有輸入訊號的結果，圖中箭頭為行進時的車頭方向，實驗 2-1 由於側滑角較大，

導致看起來車身搖搖晃晃，而實驗2-2 的車頭方向大致上相近於軌跡的切線方向，代表 運動狀態較為穩定，且從圖中可以明顯看出適應參考模型在降低參考訊號後實驗車轉彎 半徑較小，是較好的緊急避障軌跡，此結果與第四章的模擬結果相同，證明適應參考模 型應用於緊急避障時確實有其效果。

圖5 - 21、軌跡比較圖

0 2 4 6 8 10 12

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6

path

m

m

ex2-1 ex2-2

75

第六章 結論與未來展望