[实用新型]一种基于纵横向协调的轨迹跟踪控制系统

说明书

本实用新型公开了一种基于纵横向协调的轨迹跟踪控制系统，包括感知层、轨迹规划层、控制层和驱动执行层；所述感知层实时采集智能汽车的交通环境信息和车辆状态信息，将相关事件进行实时收集并传递至控制层供控制层预先判断调用；所述路径规划根据信息感知的数据规划出一条期望路径，此规划路径为从出发点到目的地点的全局轨迹；所述控制层建立纵横向协调策略，对期望纵横向控制指令加以处理，并将期望纵横向控制指令转换成硬件机构可执行的控制指令物理值；所述驱动执行层根据控制层建模输出的控制指令物理值驱动操纵车辆制动执行机构，实现车辆的整体控制。本实用新型采用简单的两轮相比于传统的PID控制和非线性模型预测控制增加了精确度和实时性。

技术领域

本实用新型涉及智能汽车控制领域，尤其是涉及的是一种基于纵横向协调的轨迹跟踪控制系统。

背景技术

无人驾驶车辆的控制技术分为横向控制和纵向控制，因此自动轨迹跟踪技术需要同时实现二者的融合控制。当前，轨迹跟踪控制只单独考虑在恒速或者一定速度下车辆横向控制，以及基于目标速度的纵向控制，该类技术只能保证在简单的道路工况例如高速公路及小曲率道路等的轨迹跟踪。在一般道路工况下，驾驶员会根据道路曲率不同适当调节车速以确保车辆稳定行驶，此时车辆转向的控制也需根据车速变化进行调节。因此，无人驾驶车辆需要根据道路的实际状况，实时地自适应控制纵向的车速；当车速发生变化时，横向控制也需根据车速变化自适应地调整，以达到平稳、舒适、精准的控制效果。

当前现有技术中，无人驾驶车辆轨迹跟踪纵横向控制中主要有两大类技术方案：基于车辆运动几何学的方法设计控制算法和基于车辆动力学的方法设计控制算法。基于运动几何学设计的车辆轨迹跟踪纵横向控制算法在低速低曲率道路下能保证一定的控制性能，且具有控制器设计比较简单、控制参数易于调节等优点，但是在高速或大曲率的道路上，由于车辆自身动力学特性的改变会减低轨迹跟踪控制的性能，无法满足高速和大曲率道路的自动驾驶控制。采用基于复杂车辆动力学模型来耦合纵横向控制，考虑车辆的动力学要素较为丰富，因此模型较为精确，但其模型复杂，不利于控制算法设计，同时基于复杂动力学设计的控制算法往往计算耗时大，实时性差；此外以上两种算法在动力学模型和控制模型上均未全面地考虑车辆以外的因素(如道路因素、环境因素等) 对驾驶性能的影响，无法平稳且精确地满足无人驾驶轨迹跟踪的纵横向控制的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种基于纵横向协调的轨迹跟踪控制系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种基于纵横向协调的轨迹跟踪控制系统，包括感知层、轨迹规划层、控制层和驱动执行层；所述感知层实时采集智能汽车的交通环境信息和车辆状态信息，将相关事件进行实时收集并传递至控制层供控制层预先判断调用；所述轨迹规划层根据信息感知的数据规划出一条期望路径，此规划路径为从出发点到目的地点的路程最短、耗时最小的全局轨迹；所述控制层根据预瞄原理，建立纵横向协调策略，对期望纵横向控制指令加以处理，并将期望纵横向控制指令转换成硬件机构可执行的控制指令物理值；所述驱动执行层根据控制层建模输出的控制指令物理值驱动操纵车辆制动执行机构，实现车辆的整体控制。

优选的，所述感知层包括定位模块、障碍物感知模块和车辆状态感知模块，其中定位模块获取当前车辆所在的位置、航向信息，障碍物感知模块获取周边车辆、行人、驾驶条件，车辆状态感知模块获取本车当前运行的横摆角速度、纵横向加速度、纵横向速度、车辆质心侧偏角。

优选的，所述轨迹规划层包括滤波模块、高精度地图模块、轨迹规划模块，其中滤波模块对感知层采集到的感知信息进行有效的滤波处理，结合高精度地图模块，在轨迹规划模块中实时进行轨迹规划。