一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，属于自动驾驶技术领域。该方法是通过对车辆当前位姿的横向误差进行几何学解析，并与航向误差共同进行加权运算获得目标偏转角，并通过车辆的运动学将目标偏转角转化为目标的横摆角速度，并下发给操纵机构进行执行。基于上述算法，以实现实时对车辆的横摆角速度进行反馈控制。横摆角速度进行反馈控制。横摆角速度进行反馈控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，具体为一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法。

技术介绍

[0002]履带式车辆自动驾驶系统是一种根据位姿信息，通过执行机构使左、右履带运动绕卷以实现控制的设备系统。履带式车辆的运动则依赖车辆左、右履带的配合。履带式车辆的整体运动由左、右履带分别的运动状态合作用得到。故车辆的横向、纵向运动是相互耦合的。而履带式车辆执行机构和作业环境常常是非线性的，这导致履带式车辆运动控制难度较大。
[0003]履带式车辆运动过程是横、纵向运动耦合的。因此在进行横向控制时，依然需要将纵向运动状态纳入考虑因素。在轨迹跟踪过程中，轨迹跟踪精度与运动稳定性都是重要的考量指标。这要求履带式车辆在运动过程中不仅横向误差要尽可能的小，横摆角在保证精度情况下也要尽可能的小。
[0004]在理想情况下，主动轮与履带、履带与地面间不产生滑动，此时的主动轮轮缘的线速度可视为履带速度。通过在主动轮上安装霍尔传感器等方法可测得主动轮转速，从而计算出履带绕卷速度。然而这种方案传感器布置复杂，价格高昂，且泥泞环境中传感器精度和寿命将遭受影响。此外，主动轮与履带、履带与地面间的滑动也将导致控制误差。测量履带速度的方法无法解决滑动误差问题。
[0005]在履带式车辆的理想模型中，执行器动作将影响左、右履带的速度，可以将和速度视为纵向速度和差速部分。纵向操纵机构通常为油门，横向执行机构通常为方向盘，或者是手柄。横向操纵机构的动作通过机械传动或电子控制控制左、右履带的速度。从而实现车辆的差速转向。然而由于操纵
‑
传动
‑
执行机构间的传动延迟，使用对履带式车辆的航向进行控制的方案难以满足高精度控制的要求。且由于前述延迟问题的存在，在自动驾驶过程中会导致危险情况的出现。
[0006]此外，履带式车辆的执行机构有集中式和分布式的构造差异，基于分布式底盘开发的控制方法能直接对左、右履带进行控制。而集中式驱动的履带式车辆动力传动左右路相互耦合，控制难度更高。

技术实现思路

[0007]为解决履带式车辆的轨迹跟踪控制精度与稳定性不足，以及现有测量方法成本较高、延迟较大的问题。本专利技术提供了一种针对履带式车辆的基于几何学和运动学的实现高精度轨迹跟踪的目标横摆角速度计算方法，以及对目标横摆角速度进行跟踪的方法。
[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。该方法是通过对车辆当前位姿的横向误差进行几何学解析，并与航向误差共同进行加权运算获得目标偏转角，并通过车辆的运动学将目标偏转角转化
为目标的横摆角速度，并下发给操纵机构进行执行。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，其特征在于：该跟踪方法包括：
[0010]一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，该跟踪方法包括：
[0011]S100：根据GNSS信息计算车辆位置和姿态；
[0012]S200：确定车辆的横向误差和航向误差；
[0013]S300：计算车辆的目标偏转角；
[0014]S400：计算车辆的目标差速比；
[0015]S500：计算车辆的目标横摆角速度；
[0016]S600：控制操纵机构动作，完成横摆角速度跟踪。
[0017]优选的，所述的步骤S200中，横向误差通过车辆位置与目标轨迹之间的几何关系获得。
[0018]优选的，所述的步骤S300中，目标偏转角的计算公式为：
[0019][0020]其中，δ：目标偏转角；ω
h
：航向误差的权重；ω
lat
：横向误差的权重；目标轨迹的切向方向角；被控车辆的车身朝向角；e
lat
：横向误差；n：预计实现横向误差收敛的周期数；T：每个控制周期的时间长度；V
c
：当前车辆的速度。
[0021]优选的，所述的步骤S400中，目标差速比的计算公式为：
[0022][0023]其中，k：目标差速比；f(δ)：目标偏转角δ的自定义函数；B：履带车底盘中轴宽度。
[0024]优选的，所述的步骤S400中，目标偏转角δ的自定义函数为：
[0025][0026]优选的，所述的S500中，目标横摆角速度的计算公式为：
[0027][0028]其中，ω
T
：目标横摆角速度。
[0029]优选的，所述的S600中，通过控制操纵机构使横摆角速度误差收敛为0，完成横摆角速度跟踪，所述横摆角速度误差的计算公式为：
[0030]e
ω
＝ω
T
一ω
real
[0031]其中，e
ω
：横摆角速度误差；ω
real
：陀螺仪测量获得的当前车辆的实际横摆角速度。
[0032]优选的，基于上述算法，可以实时对车辆的横摆角速度进行反馈控制。
[0033]优选的，所述航向误差和横向误差的权重为常数。
[0034]优选的，所述航向误差和横向误差的权重为函数，该函数为：
[0035][0036]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术不仅能广泛地适用于集中式和分布式两种不同的履带式车辆上；还能够提高履带式车辆的轨迹跟踪精度和稳定性，并通过减小对车辆状态测量的延迟提高系统整体稳定性，避免危险情况的出现。
[0037]本专利技术的工作原理：通过测算履带式车辆的横向误差和航向误差，基于履带式车辆的几何学模型和轨迹跟踪的运动学模型计算出实现轨迹跟踪的目标横摆角速度。再通过对操纵机构进行控制，实现对目标横摆角速度的跟踪拟合。
附图说明
[0038]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0039]图1是本专利技术的流程示意图；
[0040]图2是本专利技术履带式车辆轨迹跟踪简图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]本专利技术提供技术方案，具体流程图参照图1，该方法的具体执行过程如下。
[0043]履带式车辆上需安装有GNSS天线、陀螺仪，操纵机构以方向盘为例，方向盘电机上需要安装有编码器。通过GNSS获得车辆位置及航向信息。通过陀螺仪获得横摆角速度，通过编码器获得方向盘转角。操纵机构也可以是手柄等其他可替代结构。
[0044]1、根据几何学计算的目标偏转角
[0045]根据GNS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，该跟踪方法包括：S100：根据GNSS信息计算车辆位置和姿态；S200：确定车辆的横向误差和航向误差；S300：计算车辆的目标偏转角；S400：计算车辆的目标差速比；S500：计算车辆的目标横摆角速度；S600：控制操纵机构动作，完成横摆角速度跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S200中，横向误差通过车辆位置与目标轨迹之间的几何关系获得。3.根据权利要求2所述的一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S300中，目标偏转角的计算公式为：其中，δ：目标偏转角；ω
h
：航向误差的权重；ω
lat
：横向误差的权重；目标轨迹的切向方向角；被控车辆的车身朝向角；e
lat
：横向误差；n：预计实现横向误差收敛的周期数；T：每个控制周期的时间长度；V
c
：当前车辆的速度。4.根据权利要求3所述的一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S400中，目标差速比的计算公式为：其中，k：目标差速比；f(δ)：目标偏转角δ的自定义函数；B：履带车底盘中轴宽度。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春晖，李晓宇，具大源，
申请(专利权)人：上海联适导航技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：