[發(fā)明專(zhuān)利]一種車(chē)輛方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度確定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911346068.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113104037B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳擁瑜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江吉利汽車(chē)研究院有限公司;浙江吉利控股集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B60W30/18
• 分類(lèi)號(hào): B60W30/18;B60W40/00;B60W40/10;B62D15/02
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

為了解決純跟蹤法在彎道跟隨和U型彎跟隨時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角不足以及高速行駛時(shí)方向盤(pán)來(lái)回抖動(dòng)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種車(chē)輛方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度確定方法及系統(tǒng)。本發(fā)明車(chē)輛方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度確定方法包括：獲取車(chē)輛的規(guī)劃路徑，規(guī)劃路徑包括多個(gè)規(guī)劃路徑點(diǎn)；獲取車(chē)輛的航向角誤差、車(chē)輛的目標(biāo)縱向速度、車(chē)輛的前視距離、車(chē)輛的軸距和車(chē)輛跟隨規(guī)劃路徑點(diǎn)轉(zhuǎn)向的第一曲率；根據(jù)航向角誤差、目標(biāo)縱向速度和前視距離，確定車(chē)輛的反饋轉(zhuǎn)向曲率補(bǔ)償；根據(jù)第一曲率、反饋轉(zhuǎn)向曲率補(bǔ)償和軸距，確定車(chē)輛的反饋轉(zhuǎn)向角度；獲取車(chē)輛的實(shí)際縱向速度；根據(jù)規(guī)劃路徑、實(shí)際縱向速度和軸距確定車(chē)輛的前饋轉(zhuǎn)向角度；根據(jù)反饋轉(zhuǎn)向角度和前饋轉(zhuǎn)向角度確定車(chē)輛的方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人車(chē)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車(chē)輛方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度確定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

控制是驅(qū)使車(chē)輛前行的策略。對(duì)于無(wú)人駕駛汽車(chē)來(lái)說(shuō)，最基本的輸入是轉(zhuǎn)向、加速和制動(dòng)。控制器接收的是規(guī)劃模塊產(chǎn)生的一系列路徑點(diǎn)，控制器的任務(wù)是使用控制輸入讓車(chē)輛通過(guò)這些路徑點(diǎn)。

控制器模塊有兩個(gè)輸入信號(hào)：規(guī)劃模塊提供的目標(biāo)軌跡與定位模塊提供的車(chē)輛狀態(tài)。技術(shù)上使用這兩個(gè)輸入來(lái)確定目標(biāo)軌跡和實(shí)際行進(jìn)軌跡之間的偏差。

控制器的輸出是控制輸入(轉(zhuǎn)向和加速度)的值。當(dāng)偏離目標(biāo)軌跡時(shí)，需要采取行動(dòng)來(lái)糾正這種偏差。對(duì)于普通汽車(chē)，使用方向盤(pán)控制行駛方向(即是轉(zhuǎn)向)、使用油門(mén)加速、使用剎車(chē)減速(即是制動(dòng))。這也是無(wú)人駕駛汽車(chē)所做的。當(dāng)通過(guò)控制算法確定出方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度和縱向加速度大小并將其輸入車(chē)輛線控系統(tǒng)，汽車(chē)實(shí)際上已經(jīng)開(kāi)始無(wú)人駕駛了。無(wú)人駕駛系統(tǒng)的路徑規(guī)劃模塊會(huì)提供給無(wú)人駕駛控制層一系列需要跟隨的規(guī)劃路徑點(diǎn)(waypoints)，這些軌跡點(diǎn)包含空間位置信息(position)，姿態(tài)信息(orientation)和時(shí)間信息。為了追蹤軌跡，目前主流的方法分為基于幾何追蹤的控制算法和基于模型預(yù)測(cè)的控制算法。其中最廣泛使用的基于幾何追蹤的方法為純跟蹤(Pure Pursuit)法。純跟蹤算法具有對(duì)外界干擾的魯棒性較好，對(duì)輸入路徑無(wú)特殊要求的優(yōu)點(diǎn)。純跟蹤算法最早是1994年卡耐基梅隆大學(xué)(CMU)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室提出的移動(dòng)機(jī)器人跟隨目標(biāo)軌跡的算法，具體可參考論文“A Feedforward Control Approach to the Local Navigation Problem forAutonomous Vehicles”。

純跟蹤算法基于自行車(chē)模型，自行車(chē)模型將四輪車(chē)輛簡(jiǎn)化成兩輪的模型，并且假定車(chē)輛只在平面上行駛，采用自行車(chē)模型的一大好處在于它簡(jiǎn)化了前輪轉(zhuǎn)向角和后軸將遵循的曲率之間的幾何關(guān)系，其關(guān)系如下：

其中δ表示前輪的轉(zhuǎn)角，L為軸距，r則為在給定轉(zhuǎn)向角下后軸遵循的圓的半徑。

結(jié)合圖2所示，反饋部分從自行車(chē)模型出發(fā)，以車(chē)后軸中心點(diǎn)為切點(diǎn)，車(chē)輛縱向車(chē)身為切線，使得車(chē)輛可以沿著一條經(jīng)過(guò)規(guī)劃路徑點(diǎn)(Waypoint)的圓弧前行。根據(jù)需求在規(guī)劃路徑點(diǎn)中選取目標(biāo)路徑點(diǎn)。下述一系列公式描述了車(chē)輛運(yùn)動(dòng)跟蹤路徑點(diǎn)的幾何關(guān)系，其中XY坐標(biāo)系為車(chē)身坐標(biāo)系，在搜索圓外搜索路徑點(diǎn)，點(diǎn)(x,y)為下一個(gè)需要跟蹤的目標(biāo)點(diǎn)，y的數(shù)值即為當(dāng)前車(chē)輛跟隨目標(biāo)點(diǎn)的橫向誤差，l_d為前視距離參數(shù)，r為連接當(dāng)前車(chē)輛后輪中點(diǎn)的和目標(biāo)路徑點(diǎn)(x,y)的圓的半徑。

y+d＝r (2)

x²+d²＝r² (4)

x²+(r-y)²＝r² (5)

x²+r²-2ry+y²＝r² (6)