一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，首先对车辆当前位置

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于无人驾驶
，涉及一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法
。

技术介绍

[0002]路径跟踪是指无人车能够按照预先给定的路径安全稳定行驶的控制方法，是实现车辆智能化和实用化的先决条件，也是无人驾驶技术核心价值的体现
。
纯跟踪是无人车路径跟踪领域广泛采用的跟踪算法，其鲁棒性好，简单实用
。
其基本思想是在每个控制周期，通过前方目标轨迹上的一个点，根据预瞄点，预瞄距离，控制当前方向盘的动作，使得后轮中心沿期望路径运动
。
[0003]纯跟踪算法是一种比较成熟的路径跟踪算法，能够很好的跟踪所规划的路径，但是所期望路径和车辆当前位置之间存在一定的误差，比如横向误差和航向误差，这些误差会直接影响着前轮转角的大小，从而影响跟踪精度
。
为了降低误差所带来的影响，现有技术对于误差的处理大都使用参数固定的控制方法，但采用这种方法不能很好地适应一直处于变化中的被控对象，而且现有技术大都忽略了转向加速度这一物理量，而转向加速度的大小直接决定着消除误差所需的时间，进而影响着路径跟踪的精度
。
[0004]因此，需要一种能够实时整定航向偏差参数
、
能够提高无人驾驶车辆路径跟踪精度的跟踪方法
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，能够解决现有的纯跟踪算法中对于航向误差的处理采用固定的控制方法从而不能很好适应一直处于变化中的被控对象的问题，同时能能够解决消除误差所需最优转向加速度的问题，使车辆能够在最优的时间内消除误差，提高路径跟踪精度
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，该方法包括以下步骤：步骤一
、
通过导航定位系统得到车辆的位置坐标，确定目标点
、
预瞄点；步骤二
、
通过预瞄距离建立前轮转角和横向误差的传递函数，完成前馈系统的搭建，此时可得出前轮转角
δ1；步骤三
、
基于当前的航向角和预瞄点处的航向角，建立基于航向角误差的反馈控制系统，此时可得出前轮转角
δ2；步骤四
、
根据横向误差的范围，通过对前轮转角
δ1和前轮转角
δ2赋不同的权重系数，二者累加起来可得到最优的前轮转角；步骤五
、
依据所得到的前轮转角和当前车速的物理量得出最佳的转向加速度
。
[0007]进一步地，所述步骤一中预瞄点的确定包括以下步骤：根据当前车辆位置信息再匹配期望路径上最近的点作为目标点，以目标点为圆心
、
预瞄距离为半径的圆与期望路径的两个交点，依据车辆夹角的范围大小可排除掉车辆
后方的错误点，从而确定另一个为预瞄点
。
[0008]进一步地，所述步骤二包括以下内容：根据预瞄点和预瞄距离以及几何学推导出转向半径与预瞄距离之间的关系式，然后基于最小预瞄距离与最大预瞄距离，将预瞄距离与车速的关系式变成分段形式，结合车辆单轨运动学模型，建立前轮转角和横向误差的传递函数，完成前馈系统的搭建
。
[0009]进一步地，所述步骤三中反馈控制系统使用粒子群算法实时整定
PID
参数，粒子采取十进制3维度的编码方式，对目标函数进行优化，得到具有实时性的
PID
控制参数
k
p
、k
i
、k
d
。
[0010]进一步地，所述步骤四中根据横向误差的范围，赋予前馈系统和反馈控制系统输出前轮转角不同的权重值，得出最终的前轮转角
δ
的值，其中
δ
＝
k1*
δ1+k2*
δ2，
k1、k2不为0且
k1+k2＝
1。
[0011]更进一步地，若步骤四中横向误差的绝对值大于
0.5
，则
k1>k2，否则
k1<k2。
[0012]进一步地，所述步骤五中根据得到的前轮转角
δ
和当前的车辆速度
v
得出最佳的转向加速度
a
sw
：其中，
Mr
为理想的方向盘力矩，
d
为转向盘的半径，
m
为转向盘的质量
。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术在传统纯跟踪算法的基础上，通过预瞄点的确定，基于横向偏差建立了前馈控制系统，得出前轮转角1，同时构建了基于预瞄距离和车速的关系式；基于航向角偏差构建了反馈控制系统，得出前轮转角2；根据横向偏差范围的大小，赋予前轮转角不同的权重得出最优的前轮转角，最后根所得出的前轮转角和当前车速等物理量得到最佳的转向加速度；能够解决现有的纯跟踪算法中对于航向误差的处理采用固定的控制方法从而不能很好适应一直处于变化中的被控对象的问题，同时能能够解决消除误差所需最优转向加速度的问题，使车辆能够在最优的时间内消除误差；实现实时整定航向偏差参数，同时也求解出了消除偏差所需的最优转向加速度，从而提高了无人驾驶车辆路径跟踪精度及稳定性
。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0015]图1为本专利技术路径跟踪控制方法的流程图；图2为本专利技术实施例中的预瞄点确定示意图；图3为本专利技术实施例中的纯跟踪示意图；图4为本专利技术实施例中的参数实时整定
PID
控制器图
。
具体实施方式
[0016]下面给出具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步清楚
、
完整
、
详细地说明
。
本实施例是以本专利技术技术方案为前提的最佳实施例，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例
。
[0017]实施例1根据本专利技术的实施例，参照图1，一无人驾驶路径跟踪控制方法包括以下步骤：
[0018]为此，提出了一种一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，具体包括以下步骤：步骤一
、
通过导航定位系统得到车辆的位置坐标，根据当前车辆位置信息再匹配期望路径上最近的点作为目标点
。
以目标点为圆心，预瞄距离为半径的圆与期望路径的交点为预瞄点；步骤二
、
通过预瞄距离建立前轮转角和横向误差的传递函数，完成前馈系统的搭建
。
此时可得出前轮转角
δ1；步骤三
、
基于当前的航向角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一
、
通过导航定位系统得到车辆的位置坐标，确定目标点
、
预瞄点；步骤二
、
通过预瞄距离建立前轮转角和横向误差的传递函数，完成前馈系统的搭建，此时可得出前轮转角
δ1；步骤三
、
基于当前的航向角和预瞄点处的航向角，建立基于航向角误差的反馈控制系统，此时可得出前轮转角
δ2；步骤四
、
根据横向误差的范围，通过对前轮转角
δ1和前轮转角
δ2赋不同的权重系数，二者累加起来可得到最优的前轮转角；步骤五
、
依据所得到的前轮转角和当前车速的物理量得出最佳的转向加速度
。2.
根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤一中预瞄点的确定包括以下步骤：根据当前车辆位置信息再匹配期望路径上最近的点作为目标点，以目标点为圆心
、
预瞄距离为半径的圆与期望路径的两个交点，依据车辆夹角的范围大小可排除掉车辆后方的错误点，从而确定另一个为预瞄点
。3.
根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤二包括以下内容：根据预瞄点和预瞄距离以及几何学推导出转向半径与预瞄距离之间的关系式，然后基于最小预瞄距离与最大预瞄距离，将预瞄距离与车速的关系式变成分段形式，结合车辆单轨运动学模型，建立前轮转角和横向误差的传递函数，完成前馈系统的搭建
。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：高建平，彭方方，郗建国，司皓哲，杨一鸣，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：