一种车辆自动循迹控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种考虑时间延迟的车辆自动循迹控制系统及方法，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；所述控制方法无需提前获知全局路径点的坐标，仅需建立车辆局部坐标系，获取车辆与虚拟轨道的相对位置，即可通过车辆运动学模型和延迟预测模型计算出车辆在延迟后的位置信息，进而获得期望方向盘转角，从而实现车辆头轴精确跟随虚拟轨道行驶，在减少设备成本的同时提高了循迹控制的精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆自动循迹控制系统及控制方法
本专利技术涉及车辆自动导航
，具体为一种考虑时间延迟的车辆自动循迹控制系统及方法。
技术介绍
驾驶员驾驶车辆时，总是目视前方一定距离的某个位置(预瞄位置)实时调整方向盘，自动循迹控制就是模拟这种驾驶行为，借助图像识别方式，获取车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的距离偏差和航向角偏差信息，自动跟随地面虚拟轨道行驶。在实践中，来自车辆计算机的转向信号和方向盘的转向操作之间往往存在延迟，尤其是对于具有多节车厢的车辆，存在200-500ms的延迟。在延迟时间内继续行驶将导致车辆与虚拟轨道中心线之间产生较大的横向偏差，特别在高速行驶情况下，会造成车辆蛇形摆动，甚至失去控制。然而，减小或消除车辆机械硬件方面的延迟是非常困难的，因此需要一种考虑到时间延迟的自动循迹控制方法，使得车辆路径跟踪更加稳定。现有的考虑时间延迟的路径跟踪控制方法，必须安装GPS全球卫星导航定位系统以提前获知全局路径点的坐标，以此作为输入才能求解出车辆前轮转角控制量。而GPS定位系统易受到高层建筑物的遮挡，在城市环境下应用时，无法保障定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟轨道的车辆自动循迹控制系统，其特征在于，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；/n所述定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入所述定位信息识别单元；/n所述定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元；/n所述车辆位置计算单元用于通过车辆实时反馈的前后轮转角和车速，求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入所述路径偏差计算单元；/n所述路径偏差计算单元用于通过所述车辆预...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟轨道的车辆自动循迹控制系统，其特征在于，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；
所述定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入所述定位信息识别单元；
所述定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元；
所述车辆位置计算单元用于通过车辆实时反馈的前后轮转角和车速，求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入所述路径偏差计算单元；
所述路径偏差计算单元用于通过所述车辆预测位置信息和所述初始路径偏差信息求得延迟时间t后的等效路径偏差信息，并将所述等效路径偏差信息传入PID控制单元；
所述PID控制单元用于通过所述等效路径偏差信息求得车辆前轮转角控制量，并将所述车辆前轮转角控制量传入转向控制单元；
所述转向控制单元用于控制车辆执行转向。


2.一种根据权利要求1所述的自动循迹控制系统，其特征在于，所述车辆位置计算单元进一步包括车辆运动学模型计算单元和延迟预测模型计算单元，其中所述车辆运动学模型计算单元用于通过车辆实时反馈的车辆前轮转角δf和后轮转角δr求得车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R；所述延迟预测模型计算单元用于通过所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，以及车辆实时反馈的车速V和车辆前轮转角δf求得延迟时间t后的车辆预测位置信息。


3.一种根据权利要求1所述的自动循迹控制系统，其特征在于，所述定位信息获取单元采用摄像头采集方式，或磁钉导航方式，或激光雷达感知定位方式。


4.一种用于权利要求1-3任一项所述的车辆自动循迹控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1、采集所述车辆与虚拟轨道的相对定位信息；
步骤2、对所述相对定位信息进行识别处理后得到当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息；
步骤3、计算出延迟时间t后的车辆预测位置；
步骤4、基于所述车辆预测位置和所述初始路径偏差信息，求得延迟时间t后车辆预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差ecte(k)和角度偏差eha(k)；
步骤5、对所述距离偏差ecte(k)和角度偏差eha(k)分别进行PID控制，得到车辆前轮转角控制量δf(k)；
步骤6、控制车辆执行转向。


5.根据权利要求4所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：对所述相对定位信息进行识别处理后得到基于车辆局部坐标系的初始虚拟轨道中心线方程y(x)＝A3x3+A2x2+A1x+A0；(1)
其中，坐标系原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧；初始方程系数A0-A3为所述初始路径偏差信息，其中A0表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A1表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A2表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A3表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率。


6.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，所述初始虚拟轨道中心线方程是通过对所述相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到。


7.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁希文，张新锐，胡云卿，王发林，黄瑞鹏，李晓阳，龙腾蛟，李晓光，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43