[發明專利]一種基于兩點預瞄的路徑跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202210533627.8
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114896694A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李衛華;王艷桃;李國慶;白宇;徐榮嶸;王劍鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;國網智慧能源交通技術創新中心（蘇州）有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 張妍飛

一種基于兩點預瞄的路徑跟蹤控制方法，涉及車輛路徑跟蹤技術領域，用以解決現有的駕駛員模型由于沒有考慮車輛橫縱向運動之間的關系而導致控制精度較低的問題。本發明的技術要點包括：首先，考慮兩個預瞄點的橫向距離誤差和角度偏差，建立具有兩個預瞄點的橫向跟蹤控制模型，以控制車輛的方向盤轉角；其次，建立縱向跟蹤控制模型，以控制車輛行駛速度；再次，對車輛橫向和縱向運動進行了耦合。本發明具有很高的適應性、控制精度、跟蹤性能和轉向輕便性，可應用于無人車輛的路徑跟蹤控制中。

技術領域

本發明涉及車輛路徑跟蹤技術領域，具體涉及一種基于兩點預瞄的路徑跟蹤控制方法。

背景技術

路徑跟蹤是開發自主車輛的關鍵技術，是控制器的核心問題。通過控制方向盤角度、油門踏板和制動踏板開度等參數，控制器可以控制車輛的橫向和縱向運動，確保車輛在理想路徑上行駛。

為了確保精確的路徑跟蹤，有必要使用一個有效的控制模型，該模型可以仿真熟練駕駛員對車輛的操縱，駕駛員模型是實現路徑跟蹤的一個重要方面，對“人-車-路”閉環系統的研究具有重要意義。自20世紀中期以來，許多學者對駕駛員模型進行了研究，這些模型可以分為補償跟蹤模型和預瞄跟蹤模型。補償跟蹤模型提出更早，如Iguchi提出的PID模型和McRure提出的crossover模型，然而，這些模型不適合于高速行駛，因為它們可能會引起振蕩。目前沒有一個模型能同時考慮到遠程預瞄點和車輛的偏差信息以及車輛縱向和橫向運動之間的耦合。

發明內容

鑒于以上問題，本發明提出一種基于兩點預瞄的路徑跟蹤控制方法，用以解決現有的駕駛員模型由于沒有考慮車輛橫縱向運動之間的關系而導致控制精度較低的問題。

一種基于兩點預瞄的路徑跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟一、基于駕駛員角度建立具有兩個預瞄點的橫向跟蹤控制模型，以控制車輛的方向盤轉角；其中，預瞄點包括遠點和近點；

步驟二、建立縱向跟蹤控制模型，以控制車輛行駛速度；

步驟三、將橫向跟蹤控制模型和縱向跟蹤控制模型進行耦合，以對無人駕駛的車輛進行路徑跟蹤。

進一步地，步驟一中所述近點位于車輛前軸中心，所述遠點由當前車速v和預設預瞄時間T_p確定：以車輛質心為起點，沿車輛直線行駛方向的預瞄距離l_d處，預瞄距離l_d定義為：

式中，v_m表示最低車速。

進一步地，步驟一的具體步驟包括：

步驟一一、對于遠點，采用最優曲率模型，設車輛通過弧形路徑軌跡到達遠點，且軌跡存在最優曲率1/R；根據遠點橫向距離偏差y_e、預瞄距離l_d和坐標變換方程計算獲得曲率半徑R；根據曲率半徑R計算獲得第一方向盤轉角δ₁；所述遠點橫向距離偏差y_e為起始位置車輛坐標系原點與車輛到達遠點時的質心之間的距離在起始位置車輛坐標系y軸上的投影；

根據遠點航向角誤差和預設預瞄時間T_p計算獲得第二方向盤轉角δ₂；

步驟一二、對于近點，采用滑模控制方法，計算獲得橫擺角加速度α₃；在時間上對橫擺角加速度α₃進行積分，獲得第三方向盤轉角δ₃；

步驟一三、對第一方向盤轉角δ₁、第二方向盤轉角δ₂、第三方向盤轉角δ₃進行加權，即：