[發明專利]一種車輛自動循跡控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201910852932.1
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN112486156B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 袁希文;張新銳;胡云卿;王發林;黃瑞鵬;李曉陽;龍騰蛟;李曉光
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 葉誠

本發明涉及一種考慮時間延遲的車輛自動循跡控制系統及方法，所述控制系統包括定位信息獲取單元、定位信息識別單元、車輛位置計算單元、路徑偏差計算單元、PID控制單元和轉向控制單元；所述控制方法無需提前獲知全局路徑點的坐標，僅需建立車輛局部坐標系，獲取車輛與虛擬軌道的相對位置，即可通過車輛運動學模型和延遲預測模型計算出車輛在延遲后的位置信息，進而獲得期望方向盤轉角，從而實現車輛頭軸精確跟隨虛擬軌道行駛，在減少設備成本的同時提高了循跡控制的精度和穩定性。

技術領域

本發明涉及車輛自動導航技術領域，具體為一種考慮時間延遲的車輛自動循跡控制系統及方法。

背景技術

駕駛員駕駛車輛時，總是目視前方一定距離的某個位置(預瞄位置)實時調整方向盤，自動循跡控制就是模擬這種駕駛行為，借助圖像識別方式，獲取車輛前軸中心與虛擬軌道中心線的距離偏差和航向角偏差信息，自動跟隨地面虛擬軌道行駛。

在實踐中，來自車輛計算機的轉向信號和方向盤的轉向操作之間往往存在延遲，尤其是對于具有多節車廂的車輛，存在200-500ms的延遲。在延遲時間內繼續行駛將導致車輛與虛擬軌道中心線之間產生較大的橫向偏差，特別在高速行駛情況下，會造成車輛蛇形擺動，甚至失去控制。然而，減小或消除車輛機械硬件方面的延遲是非常困難的，因此需要一種考慮到時間延遲的自動循跡控制方法，使得車輛路徑跟蹤更加穩定。

現有的考慮時間延遲的路徑跟蹤控制方法，必須安裝GPS全球衛星導航定位系統以提前獲知全局路徑點的坐標，以此作為輸入才能求解出車輛前輪轉角控制量。而GPS定位系統易受到高層建筑物的遮擋，在城市環境下應用時，無法保障定位精度。

發明內容

為解決以上問題，本發明提出了一種考慮時間延遲的車輛自動循跡控制系統及控制方法。

本發明第一方面提出了一種基于虛擬軌道的車輛自動循跡控制系統，所述控制系統包括定位信息獲取單元、定位信息識別單元、車輛位置計算單元、路徑偏差計算單元、PID控制單元和轉向控制單元；

所述定位信息獲取單元用于采集當前車輛與虛擬軌道的相對定位信息，并將所述相對定位信息傳入所述定位信息識別單元；

所述定位信息識別單元用于計算當前車輛與虛擬軌道中心線的初始路徑偏差信息，并將所述初始路徑偏差信息傳入路徑偏差計算單元；

所述車輛位置計算單元用于通過車輛實時反饋的前后輪轉角和車速，求得延遲時間t后的車輛預測位置信息，并將所述車輛預測位置信息傳入所述路徑偏差計算單元；

所述路徑偏差計算單元用于通過所述車輛預測位置信息和所述初始路徑偏差信息求得延遲時間t后的等效路徑偏差信息，并將所述等效路徑偏差信息傳入PID控制單元；

所述PID控制單元用于通過所述等效路徑偏差信息求得車輛前輪轉角控制量，并將所述車輛前輪轉角控制量傳入轉向控制單元；

所述轉向控制單元用于控制車輛執行轉向。

優選地，所述車輛位置計算單元進一步包括車輛運動學模型計算單元和延遲預測模型計算單元，其中所述車輛運動學模型計算單元用于通過車輛實時反饋的車輛前輪轉角δ_f和后輪轉角δ_r求得車輛質心側偏角β和車輛質心處轉彎半徑R；所述延遲預測模型計算單元用于通過所述車輛質心側偏角β和車輛質心處轉彎半徑R，以及車輛實時反饋的車速V和車輛前輪轉角δ_f求得延遲時間t后的車輛預測位置信息。

優選地，所述定位信息獲取單元采用攝像頭采集方式，或磁釘導航方式，或激光雷達感知定位方式。

本發明第二方面提出了一種用于上述車輛自動循跡控制系統的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

步驟1、采集所述車輛與虛擬軌道的相對定位信息；