[发明专利]基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及车辆电子控制技术领域，特别涉及一种基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统。

背景技术

路径跟踪控制算法是指控制智能车沿着预定的参考路径安全、稳定、准确行驶的方法，其性能和控制精度将直接影响智能车自主行驶的执行能力。

早期的路径跟踪方法，如几何路径规划法、旋量法、滚动路径法等，仅适用于室内移动的机器人。由于智能车的非完整约束，且车辆体积尺寸较大，受到如最小转弯半径、最大角速度等动力学条件的约束，上述路径跟踪方法对于智能车而言是不适用的。近年来涌现出许多基于智能车研究的路径跟踪方法，这些方法在特定的环境中，如较高的速度、复杂的道路环境等，能够有较好表现。例如纯追随算法、Stanley方法等都能很好的完成跟踪既定路径，但是这些方法都与速度相耦合，在复杂道路上如果没有很好的控制相应的速度，这些方法就不能很好的完成路径跟踪。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种精度高、鲁棒性优、能稳定跟踪的、基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法，包括步骤：

步骤 1，寻找跟踪路径中离智能车辆当前位置最近的GPS点；

步骤2，从步骤1获得的GPS点开始，按智能车辆行驶方向遍历跟踪路径中GPS点，计算智能车辆当前位置和当前遍历点的距离，直至该距离大于当前最小预瞄距离，停止遍历，执行步骤3；所述的最小预瞄距离初始值取9~15米范围内任意值；

步骤3，以智能车辆当前位置为起点、当前遍历点为终点生成回旋曲线，并获得回旋曲线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率；

步骤4，若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值小于曲率阈值，或者起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为辅助最小预瞄距离，以当前遍历点为预瞄目标点；所述的曲率阈值取0.05-0.15内任意值；

步骤5，若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为最小预瞄距离初始值，以辅助最小预瞄距离为当前最小预瞄距离，然后执行步骤2；所述的辅助最小预瞄距离取5-7米内任意值；

步骤6，以智能车辆当前位置为起点、预瞄目标点为终点生成回旋曲线，根据回旋曲线的起点曲率、曲率变化率、终点曲率和长度获得智能车辆的方向盘转角。

步骤6中，采用阿卡曼原理获得智能车辆的方向盘转角。

上述基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法对应的系统，包括：

第一模块，用来寻找跟踪路径中离智能车辆当前位置最近的GPS点；

第二模块，用来从第一模块获得的GPS点开始，按智能车辆行驶方向遍历跟踪路径中GPS点，计算智能车辆当前位置和当前遍历点的距离，直至该距离大于当前最小预瞄距离，停止遍历；所述的最小预瞄距离初始值取9~15米范围内任意值；

第三模块，用来以智能车辆当前位置为起点、当前遍历点为终点生成回旋曲线，并获得回旋曲线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率；

第四模块，用来若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值小于曲率阈值，或者起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为辅助最小预瞄距离，以当前遍历点为预瞄目标点；所述的曲率阈值取0.05-0.15内任意值；

第五模块，用来若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为初始最小预瞄距离，以辅助最小预瞄距离为当前最小预瞄距离，然后执行步骤2；所述的辅助最小预瞄距离取5-7米内任意值；

第六模块，用来以智能车辆当前位置为起点、预瞄目标点为终点生成回旋曲线，根据回旋曲线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率获得智能车辆的方向盘转角。

和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）可提高智能车辆路径跟踪精度，且能够使方向盘转动平稳，保证智能车辆行驶平稳。

（2）对智能车辆速度没有很强的依赖性，即使速度控制没有能很好的反应道路曲率信息，也能保持很好的跟踪精度。

（3）简化了路径跟踪的参数输入，鲁棒性好，可实现性较强，可移植性好。

附图说明

图1为本发明方法的具体流程图；

图2为本发明实施例中跟踪路径示意图；

图 3为本发明施例中跟踪误差及其相应位置的关系图；

图 4为本发明实施例的偏航误差曲线。