一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，在车辆沿导航路径行驶过程中，周期性执行：在车辆行驶轨迹前方，选择第一预瞄点及第二预瞄点，所述第二预瞄点和坐标系原点的距离大于所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离；根据第一预瞄点的角度误差和坐标误差执行离散PID控制中的比例误差控制和微分误差控制，控制车辆输出以执行自动驾驶的轨迹跟踪控制；再根据第二预瞄点的坐标误差执行离散PID控制中的位置误差控制，以消除车辆自动驾驶的轨迹跟踪控制的累积误差；其中，所述坐标系原点为车子前脸正中间。本发明专利技术的方法可提升在拐弯地方的轨迹跟踪的精度，使无人驾驶车辆能安全、可靠地在园区的结构化程度较低的道路上行驶。驶。驶。

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及无人驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]目前，越来越多的无人驾驶车辆与装备系统应用于如高档小区、公园、工业园区等园区环境，并给出了多种园区场景，如园区防疫、园区安防、园区清扫、园区快递配送、园区售卖、园区摆渡等应用场景。通过园区无人驾驶装备如无人驾驶防疫消毒清扫装备、无人驾驶售卖装备、无人驾驶安防装备、无人驾驶摆渡车辆等的投入，可以加大园区防疫清洁、安防力度，减少人员直接接触，有效降低感染风险，体现出了无人驾驶装备的优越性。
[0003]园区无人驾驶系统相比开放道路上无人技术车辆系统具有一些不同的特性，主要表现在以下方面：
[0004](1)速度比较低，运行速度在40KM/h以下，不像开放道路上的自动驾驶系统，可能需要速度到60KM/h以上。
[0005](2)道路范围有限，相对固定，道路长度有限，可以实现行驶地图提前部署存储到自动驾驶控制器里面。
[0006](3)道路结构化程度比较低，可能没有明显规范的车道线，红绿灯等交通标志，道路宽度，上下坡，拐弯等道路特征差异性可能较大。
[0007]因此针对园区中结构化程度较低的道路，需要解决无人驾驶车辆的运动轨迹控制问题。
[0008]在现有技术中，车辆轨迹跟踪控制可以用预瞄跟随理论来描述，无人驾驶系统对行驶路径的跟踪控制是模拟驾驶员不停地对前方道路进行预瞄，根据道路的曲率以及前方路况对转向盘进行控制，然后逐渐逼近期望的路径。预瞄跟随理论可以简化成一个预瞄器和一个跟随器相串联而成的系统，如图1所示。该系统中预瞄器和跟随器的传递特性分别用P(s)、F(s)来表示，理想的预瞄跟随系统应该符合表达式:P(s)
·
F(s)≈1。
[0009]预瞄跟随理论描述了一种根据未来道路的路况信息去进行跟随控制的特性如图2所示，而对一个优秀的驾驶员来说，他的驾驶行为大都是满足“预瞄跟随”理论，如图3所示。无论驾驶情况出现怎样的变化，驾驶员总能通过输入合适的转角使车辆尽可能的按预期的路径行驶。
[0010]按照预瞄跟随理论开发路径跟踪算法可以分为预瞄器的设计与跟随器的设计两个部分。预瞄器预瞄点的选择主要与车辆的车速正相关，是算法设计的难点。车辆的跟踪控制在车辆以比较低的速度行驶且前轮转角比较小时，车辆的转弯半径R和方向盘转角δ
′
就服从“阿克曼”几何关系，也就是车辆行驶的路径曲率ρ与方向盘转角δ
′
成正比例关系，即：
[0011][0012]其中，λ为转向系的传动比，L为轴距，ρ为车辆期望路径的曲率。
[0013]由上述公式可以看出，方向盘的转角控制与车辆的曲率满足比例关系。如果驾驶
员能够在大量实践的基础上掌握方向盘转角与路径曲率之间的映射关系，那么当他观察到特定的曲率后就可以很自然地确定出方向盘的转角。自动驾驶系统本质上也是建立上式建立的对应关系，从而能够根据环境信息和驾驶状态判断出合适的方向盘转角。
[0014]基于预瞄跟踪原理与阿克曼转向原理的路径跟踪算法也称为基于几何的方法，相对另外一种基于模型的模型预测控制算法(MPC)相对比较简单，代码跟踪调试比较方便，算法运算量比较小，但是缺点是在拐弯的地方轨迹跟踪的精度不够。

技术实现思路

[0015]有鉴于现有技术的上述缺陷(不足)，本专利技术的目的是提供一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，提升在拐弯地方的轨迹跟踪的精度，使无人驾驶车辆能安全、可靠地在园区的结构化程度较低的道路上行驶。
[0016]为实现上述目的，本专利技术提供了一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，在车辆沿导航路径行驶过程中，周期性执行：
[0017]在车辆行驶轨迹前方，选择第一预瞄点及第二预瞄点，所述第二预瞄点和坐标系原点的距离大于所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离；
[0018]根据第一预瞄点的角度误差和坐标误差执行离散PID控制中的比例误差控制和微分误差控制，控制车辆输出以执行自动驾驶的轨迹跟踪控制；
[0019]再根据第二预瞄点的坐标误差执行离散PID控制中的位置误差控制，以消除车辆自动驾驶的轨迹跟踪控制的累积误差；
[0020]其中，所述坐标系原点为车子前脸正中间，x轴正方向朝右，y轴正方向朝前，所述预瞄点在该坐标系的坐标位置标记为(x,y)，则所述预瞄点的坐标误差为x，所述预瞄点的角度误差为θ＝arctan(y/x)。
[0021]技术效果：
[0022]通过第一预瞄点进行PID闭环控制及第二预瞄点进行累计误差消除，可校准系统的误差，增加系统的控制精度与鲁棒性。
[0023]进一步的，所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离为：预设的第一预瞄距离及根据车速计算而得的预瞄距离中的最小值。
[0024]技术效果：
[0025]在低速下，通过较近的预瞄点可以获得更高的跟踪精度。
[0026]进一步的，所述第二预瞄点和所述坐标系原点的距离为设定的固定值。
[0027]进一步的，所述离散PID控制具体包括：
[0028]计算第一预瞄点的比例误差控制项E_P0_P：
[0029]E_P0_P＝Kang1*θ+Kpos1*x
[0030]其中，Kang1和Kpos1为PID控制参数；
[0031]计算第一预瞄点的微分误差控制项E_P0_D：
[0032]E_P0_D＝Dang*Δθ+Dpos*Δx
[0033]其中，Δθ和Δx分别为当前时刻T与上一时刻T
‑
1的角度差值与位置差值； Dang和Dpos为PID控制参数；
[0034]计算第二预瞄点的位置误差控制项E_Pz：
[0035]E_Pz＝Kpos2*x+Ipos*∑x
[0036]其中，Kpos2和Ipos为PID控制参数；
[0037]最后得到当前控制输出值u：
[0038]u＝E_P0_P+E_P0_D+E_Pz。
[0039]技术效果：
[0040]给出了通过第一预瞄点进行PID闭环控制及第二预瞄点进行累计误差消除的具体实现方法。
[0041]进一步的，所述PID控制参数的参数值结合行驶地图数据进行标注形成配置文件，所述配置文件在车辆行驶过程中根据车辆的当前位置被读取，并将所述PID控制参数应用于车辆当前位置的自动驾驶的轨迹跟踪控制。
[0042]技术效果：
[0043]将PID控制参数和行驶地图数据结合，通过读取与道路属性适配的PID控制参数，可在自动驾驶过程中获得最佳的车辆控制效果。
[0044]进一步的，所述配置文件中PID控制参数的参数值设置方法包括以下步骤：
[0045]启动自动驾驶，初始化比例参数Kp、微分参数Kd和积分参数Ki，然后进入路径跟随：周期性读取CTE，先调整比例参数Kp，调整使车辆朝路线方向前进，如果偏离路线无法回调就减少Kp的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：在车辆沿导航路径行驶过程中，周期性执行：在车辆行驶轨迹前方，选择第一预瞄点及第二预瞄点，所述第二预瞄点和坐标系原点的距离大于所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离；根据第一预瞄点的角度误差和坐标误差执行离散PID控制中的比例误差控制和微分误差控制，控制车辆输出以执行自动驾驶的轨迹跟踪控制；再根据第二预瞄点的坐标误差执行离散PID控制中的位置误差控制，以消除车辆自动驾驶的轨迹跟踪控制的累积误差；其中，所述坐标系原点为车子前脸正中间，x轴正方向朝右，y轴正方向朝前，所述预瞄点在该坐标系的坐标位置标记为(x,y)，则所述预瞄点的坐标误差为x，所述预瞄点的角度误差为θ＝arctan(y/x)。2.如权利要求1所述的自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离为：预设的第一预瞄距离及根据车速计算而得的预瞄距离中的最小值。3.如权利要求1所述的自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述第二预瞄点和所述坐标系原点的距离为设定的固定值。4.如权利要求1所述的自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述离散PID控制具体包括：计算第一预瞄点的比例误差控制项E_P0_P：E_P0_P＝Kang1*θ+Kpos1*x其中，Kang1和Kpos1为PID控制参数；计算第一预瞄点的微分误差控制项E_P0_D：E_P0_D＝Dang*Δθ+Dpos*Δx其中，Δθ和Δx分别为当前时刻T与上一时刻T
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1的角度差值与位置差值；Dang和Dpos为PID控制参数；计算第二预瞄点的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雄栋，刘强生，蔡奇晟，匡锐，陈卫强，
申请(专利权)人：厦门金龙联合汽车工业有限公司，
类型：发明
国别省市：