[发明专利]一种车辆自动循迹控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种车辆自动循迹控制系统，其特征在于，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；

所述定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入所述定位信息识别单元；

所述定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元；

其中所述定位信息识别单元至少通过以下步骤计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息：对所述相对定位信息进行识别处理后得到基于车辆局部坐标系的初始虚拟轨道中心线方程

y(x)＝A₃x³+A₂x²+A₁x+A₀；           (1)

其中，坐标系原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧；初始方程系数A₀-A₃为所述初始路径偏差信息，其中A₀表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A₁表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A₂表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A₃表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率；

其中，所述初始虚拟轨道中心线方程是通过对所述相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到；

所述车辆位置计算单元用于通过车辆实时反馈的前后轮转角和车速，求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入所述路径偏差计算单元；所述车辆位置计算单元进一步包括车辆运动学模型计算单元和延迟预测模型计算单元，其中所述车辆运动学模型计算单元用于通过车辆实时反馈的车辆前轮转角δ_f和后轮转角δ_r求得车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R；所述延迟预测模型计算单元用于通过所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，以及车辆实时反馈的车速V和车辆前轮转角δ_f求得延迟时间t后的车辆预测位置信息；

其中，所述车辆位置计算单元至少通过以下步骤计算延迟时间t后的所述车辆预测位置信息：

首先，所述车辆运动学模型计算单元基于车辆运动学模型计算出所述车辆质心侧偏角β和所述车辆质心处转弯半径R：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f和车辆后轮转角δ_r代入公式(5)，求出所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

其次，所述延迟预测模型计算单元基于延迟预测模型计算出延迟时间t后车辆预测位置的坐标N(x_n,y_n)：

将所述车辆质心处转弯半径R、车辆质心侧偏角β和车辆前轮转角δ_f代入公式(7)，求出车辆前轴中心转弯半径R_f；

将公式(7)中求出的车辆前轴中心转弯半径R_f，以及车辆速度V、延迟时间t、车辆质心侧偏角β代入公式(8)，求出车辆当前位置到预测位置N(x_n,y_n)行驶轨迹的弦长l_s；

将公式(7)和公式(8)中求出的转弯半径R_f和弦长l_s代入公式(10)，求出预测位置N(x_n,y_n)的坐标；

所述路径偏差计算单元用于通过所述车辆预测位置信息和所述初始路径偏差信息求得延迟时间t后的等效路径偏差信息，并将所述等效路径偏差信息传入PID控制单元；

所述PID控制单元用于通过所述等效路径偏差信息求得车辆前轮转角控制量，并将所述车辆前轮转角控制量传入转向控制单元；

所述转向控制单元用于控制车辆执行转向。

2.一种根据权利要求1所述的自动循迹控制系统，其特征在于，所述定位信息获取单元采用摄像头采集方式，或磁钉导航方式，或激光雷达感知定位方式。