[發明專利]一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010162715.2
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111409641B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 高秀晶;陶林君;陳波波;趙可道
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: B60W30/18
• 分類號: B60W30/18;B60W30/12;B60W30/14
• 代理公司: 泉州勁翔專利事務所(普通合伙) 35216
• 代理人: 許珠珍

本發明公開了一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法及系統，包括信息感知、軌跡規劃、控制層建模以及驅動執行；所述信息感知實時采集智能汽車的交通環境信息和車輛狀態信息；所述路徑規劃根據信息感知的數據規劃出一條期望路徑；所述控制層建模根據預瞄原理，建立縱橫向協調策略，對期望縱橫向控制指令加以處理，并將期望縱橫向控制指令轉換成可執行的控制指令物理值；所述驅動執行根據控制指令物理值操縱車輛的執行機構，實現車輛的整體控制。本發明采用簡單的兩輪動力學模型和運動學對無人駕駛車輛進行建模，根據道路信息和車輛運動特性通過反步法原理設計反饋+前饋的轉向控制，相比于傳統的PID控制和非線性模型預測控制增加了精確度和實時性。

技術領域

本發明涉及智能汽車控制領域，尤其是涉及的是一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法及系統。

背景技術

無人駕駛車輛的控制技術分為橫向控制和縱向控制，因此自動軌跡跟蹤技術需要同時實現二者的融合控制。當前，軌跡跟蹤控制只單獨考慮在恒速或者一定速度下車輛橫向控制，以及基于目標速度的縱向控制，該類技術只能保證在簡單的道路工況例如高速公路及小曲率道路等的軌跡跟蹤。在一般道路工況下，駕駛員會根據道路曲率不同適當調節車速以確保車輛穩定行駛，此時車輛轉向的控制也需根據車速變化進行調節。因此，無人駕駛車輛需要根據道路的實際狀況，實時地自適應控制縱向的車速；當車速發生變化時，橫向控制也需根據車速變化自適應地調整，以達到平穩、舒適、精準的控制效果。

當前現有技術中，無人駕駛車輛軌跡跟蹤縱橫向控制中主要有兩大類技術方案：基于車輛運動幾何學的方法設計控制算法和基于車輛動力學的方法設計控制算法。基于運動幾何學設計的車輛軌跡跟蹤縱橫向控制算法在低速低曲率道路下能保證一定的控制性能，且具有控制器設計比較簡單、控制參數易于調節等優點，但是在高速或大曲率的道路上，由于車輛自身動力學特性的改變會減低軌跡跟蹤控制的性能，無法滿足高速和大曲率道路的自動駕駛控制。采用基于復雜車輛動力學模型來耦合縱橫向控制，考慮車輛的動力學要素較為豐富，因此模型較為精確，但其模型復雜，不利于控制算法設計，同時基于復雜動力學設計的控制算法往往計算耗時大，實時性差；此外以上兩種算法在動力學模型和控制模型上均未全面地考慮車輛以外的因素(如道路因素、環境因素等)對駕駛性能的影響，無法平穩且精確地滿足無人駕駛軌跡跟蹤的縱橫向控制的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法及系統。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：一種基于縱橫向協調的軌跡跟蹤控制方法，包括信息感知、軌跡規劃、控制層建模以及驅動執行；

所述信息感知實時采集智能汽車的交通環境信息和車輛狀態信息，將相關事件進行實時收集并傳遞至控制層供控制層預先判斷調用；

所述路徑規劃根據信息感知的數據規劃出一條期望路徑，此規劃路徑為從出發點到目的地點的路程最短、耗時最小的全局軌跡；

所述控制層建模根據預瞄原理，建立縱橫向協調策略，對期望縱橫向控制指令加以處理，并將期望縱橫向控制指令轉換成硬件機構可執行的控制指令物理值；

所述驅動執行根據控制層建模輸出的控制指令物理值操縱車輛的執行機構，實現車輛的整體控制。

優選的，所述控制層建模包括預瞄距離建模、橫向控制偏差建模和縱向控制偏差建模。

優選的，所述預瞄距離L_p建模基于模糊算法自適應選取具體步驟如下: