[發明專利]一種四輪獨立轉向-獨立驅動車輛軌跡跟蹤方法和系統

有效

• 申請號: 201911134776.1
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110789530B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 徐坤;肖衛星;李慧云
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B60W40/10
• 分類號: B60W40/10;B60W50/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏

本發明提供一種四輪獨立轉向?獨立驅動車輛軌跡跟蹤方法和系統。該方法包括：在目標軌跡上選擇同時滿足前探距離約束和徑向距離約束的點作為前探點，其中，所述徑向距離約束是徑向距離系數和橫向誤差之間的乘積，所述橫向誤差是所述目標軌跡上與車身基準點之間的最短距離；根據所述前探點和車身當前的位置關系，擬合出一條經過所述前探點和車身基準點的圓弧軌跡并計算圓弧軌跡的半徑；根據設定車速和所述圓弧軌跡半徑計算出車身基準點處的角速度；根據車身基準點處的角速度和線速度獲得車輪的轉速控制量和轉角控制量以控制車輛沿所述目標軌跡行進。本發明的方法和系統改善了軌跡跟蹤精度、誤差收斂速度以及跟蹤過程中車身的平順性。

技術領域

本發明涉及車輛自動控制技術領域，尤其涉及一種四輪獨立轉向-獨立驅動車輛軌跡跟蹤方法和系統。

背景技術

車輛軌跡跟蹤是指給定一條目標軌跡，控制車輛快速收斂到目標軌跡上，并沿著目標軌跡行進。當前的軌跡跟蹤算法大致可以分為三類：基于模型的控制算法、基于反饋誤差的控制算法以及基于幾何關系的控制算法。基于模型的控制算法需要建立準確的車輛運動學模型和動力學模型，考慮輪胎的側偏力和滑移率對軌跡跟蹤性能的影響。基于反饋誤差的控制算法，不需要建立系統模型，將被控系統看作黑箱，根據反饋誤差來調整被控量，使得系統誤差趨于零。基于幾何關系的控制算法根據車身位姿與目標軌跡之間的幾何關系計算轉角控制量，控制車輛沿目標軌跡行進。通常情況下，建立準確的車輛運動學和動力學模型難度較大，而且車輛模型都是非線性的，這導致基于模型的控制算法計算復雜，難以應用于實際場景中。基于反饋誤差的控制算法，根據反饋誤差來修正控制量，系統的輸出控制量存在延遲，難以滿足軌跡跟蹤的實時性要求。基于幾何關系的控制算法，根據車身位姿與目標軌跡之間的幾何關系，計算轉角控制量，計算簡單易于實現，普遍用于解決車輛的軌跡跟蹤問題。

典型的幾何關系跟蹤算法有Pure Pursuit(純追蹤)方法、Vector Pursuit(矢量追蹤)方法和Stanley方法。純追蹤方法根據前探距離約束在目標軌跡上選取前探點。前探距離約束是指車身基準點與前探點之間的歐式距離。基于前探點和車身基準點之間的位置關系，擬合出一條車輛可以執行的圓弧軌跡，根據擬合圓弧的曲率信息計算車輛轉速、轉角控制量來控制車輛沿目標軌跡行進。純追蹤方法的性能主要取決于前探點的選取，前探距離過小時，車身會在目標軌跡附近內外震蕩。前探距離過大時，車身在彎道處不能很好地貼合目標軌跡，導致軌跡跟蹤精度下降。

在實際應用場景中，車輛初始位置不一定在目標軌跡上，車輛與目標軌跡之間存在初始橫向誤差。現有純追蹤方法在目標軌跡上選取前探點時，只考慮了前探距離約束。在橫向誤差較大時，車身會出現一個較大的橫擺角速度，導致車身在目標軌跡附近內外擺動，誤差收斂時間長，初始階段軌跡跟蹤誤差大。此外，傳統的純追蹤方法通常采用固定的前探距離約束，無法自動適應目標軌跡的曲率變化，導致在彎道處會出現“彎道切邊”現象。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種四輪獨立轉向-獨立驅動車輛軌跡跟蹤方法和系統。

根據本發明的第一方面，提供了一種四輪獨立轉向-獨立驅動車輛軌跡跟蹤方法。該方法包括：

在目標軌跡上選擇同時滿足前探距離約束和徑向距離約束的點作為前探點，其中，所述徑向距離約束是徑向距離系數和橫向誤差之間的乘積，所述橫向誤差是所述目標軌跡與車身基準點之間的最短距離；

根據所述前探點和車身當前的位置關系，擬合出一條經過所述前探點和車身基準點的圓弧軌跡并計算圓弧軌跡的半徑；

根據設定車速和所述圓弧軌跡半徑計算出車身基準點處的角速度；

根據車身基準點處的角速度和線速度獲得車輪的轉速控制量和轉角控制量以控制車輛沿所述目標軌跡行進。

在一些實施例中，適應于所述目標軌跡的曲率信息動態地調整所述前探距離約束。

在一些實施例中，根據以下步驟設置所述前探距離約束：