[发明专利]自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法

说明书

本发明公开了一种自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法，该方法包括：S1，确定参考轨迹及建立车辆单轨动力学模型、跟踪误差性能指标计算模型、轨迹跟踪控制模式；S2，在参考轨迹上选择与实时的车辆位置和航向角的偏差加权最小的最近参考点；S3，基于车辆单轨动力学模型，利用闭环控制策略预测在未来时域内的车辆状态；S4，基于车辆单轨动力学模型，利用开环控制策略预测在未来时域内的车辆状态；S5，计算S3和S4的车辆状态各自对应的跟踪误差性能指标，选择跟踪误差性能指标小对应的轨迹跟踪控制模式作为车辆的控制模式输出。本发明提出的轨迹跟踪方法基于组合导航或SLAM高精度定位，适用于多种轨迹、多种车型和全工况(极限和非极限工况)的轨迹跟踪。

技术领域

本发明涉及一种智能车安全驾驶技术领域，特别是关于一种自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法。

背景技术

随着我国汽车工业的进步和汽车保有量的增加，由此带来的交通事故日益严重。究其原因，是因为人类驾驶员的违法行驶和操作不当导致。自动驾驶车辆可以显著减少交通事故、缓解交通拥堵，近年来受到广泛研究。轨迹跟踪方法是自动驾驶车辆的关键技术之一，其作用是通过车辆的执行结构(如方向盘、制动踏板等)跟踪期望的行驶轨迹。在自动驾驶过程中，轨迹跟踪的准确率将会直接影响车辆的行驶轨迹，继而影响自动驾驶系统的整体性能和行车安全。如何通过技术手段提高轨迹跟踪的准确率，覆盖车辆在不同场景下的性能指标要求，是一个亟待解决的问题。

申请号是201110261083.6的专利文献公开了一种基于预瞄的轨迹跟踪方法，该方法是根据预瞄点与参考轨迹之间的航向偏差和位置偏差控制车辆的横向执行机构。申请号是201710313031.5的专利申请公开了一种基于模型预测算法的轨迹跟踪方法，该方法采用了线性化的车辆动力学模型，通过求解一个最优控制问题计算横向执行器的控制量。申请号是201110407082.8的专利文献公开了一种预瞄和比例-积分-微分相结合的轨迹跟踪方法，该方法基于当前车速设计预瞄点距离，在根据预瞄点的位置设计出车辆运动曲率和前轮转角控制量。

上述技术对于自动驾驶车辆轨迹跟踪的准确率有积极作用，但其仅适用于车辆的常规驾驶工况。当车辆的附着力到达饱和，存在严重侧滑时，无法满足轨迹跟踪的要求。上述技术中涉及到的车辆模型无法反映车辆在极限工况下的动力学特性。而高阶、更为复杂的动力学模型参数繁多，难以在实际工况下测量，计算实时性难以保证。因此，目前技术无法满足车辆在全场景中的轨迹跟踪要求。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法，自动驾驶车辆的轨迹跟踪方法包括以下步骤：S1，确定参考轨迹以及建立车辆单轨动力学模型、跟踪误差性能指标计算模型以及轨迹跟踪控制模式，该轨迹跟踪控制模式包括闭环控制策略和开环控制策略；S2，在S1中的参考轨迹上选择与实时的车辆位置和航向角的偏差加权最小的最近参考点；S3，基于S1 中的车辆单轨动力学模型，利用闭环控制策略预测在未来时域内的车辆状态； S4，基于S1所建立的车辆单轨动力学模型，利用开环控制策略预测在未来时域内的车辆状态；S5，根据S1中的跟踪误差性能指标计算模型，计算S3和 S4的车辆状态各自对应的跟踪误差性能指标，并选择其中跟踪误差性能指标小对应的轨迹跟踪控制模式作为车辆的控制模式，并输出。

进一步地，S1中的车辆单轨动力学模型表示为下面式(1)～式(6)，系统状态向量表示为z＝[U_x，U_y，_r，X，Y，ψ]^T，系统控制向量表示为