[发明专利]一种改进的用于地面车辆路径跟踪的纯追踪控制方法

说明书

本发明公开了一种改进的用于地面车辆路径跟踪的纯追踪控制方法，涉及地面车辆导航控制领域，该方法根据车辆导航系统提供的导航参数，判断车辆航向偏差与理想直线校正航向角之间的关系，并结合横向偏差的正负选择采用小圆弧路径跟踪算法还是大圆弧路径跟踪算法，可根据车辆实时运动状态对车辆前进方向进行动态调整，尤其能够解决前轮期望转角较大时过度调节的情况，能够实现稳定性好、精度高的路径跟踪控制。

技术领域

本发明涉及地面车辆导航控制领域，尤其涉及一种改进的用于地面车辆路径跟踪的纯追踪控制方法。

背景技术

近年来随着自动控制技术、导航技术和传感探测技术的快速发展，地面车辆自动驾驶技术得到了长足进步。在商业和农业领域，车辆自动驾驶技术能够解放人力，提高通行或作业效率。地面车辆自动驾驶的关键在于两个方面，车辆位置的精确测量和控制。其中车辆位置的精确测量可通过现代导航技术完成，已可实现厘米级定位测量，而车辆位置的精确控制还存在一定的挑战。车辆位置精确控制的关键在于路径跟踪控制，目前已有的路径跟踪控制方法主要包括PID控制、模糊控制、最优控制和纯追踪控制。PID控制基于误差生成控制策略，不依赖具体数学模型，应用广泛，但控制参数整定困难，需要一定的经验和大量实验；模糊控制不依赖车辆模型，但需要专家的经验制定控制规则，跟踪误差大且难以快速修正；最优控制依赖精确的车辆运动学和动力学模型，针对不同车辆行驶的不同路况，车辆运动学和动力学模型鲁棒性和适应性较差；纯追踪方法是一种几何方法，控制参数少，算法设计模拟人的驾驶行为，具有预见性，但前视距离的影响较大，即使使用动态调整方法进行自适应选择，在前轮期望转角较大时，仍会出现调节过度导致路径跟踪误差震荡的出现。

公开号为CN105867377A的发明公开了一种农业机械自动导航控制方法，该方法考虑了车速和规划路径的弯度，并基于此实现前视距离的动态调整，然后将模糊控制与纯追踪算法相结合得到前轮期望转角，实现农业机械的路径跟踪控制。该方法没有考虑前轮期望转角较大会导致路径跟踪误差会出现震荡的情况，在期望转角较大时难以实现规划路径的稳定准确跟踪。为解决上述问题，陈宁等(参见陈宁等,一种纯追踪模型改进算法,轻工机械,2014,32(4):69-72.)在分析纯追踪模型算法误差原理的基础上，提出了一种改进的纯追踪算法，将路径跟踪分解为三步，并分别计算出了每步的前轮期望转角。该方法能够在一定程度上提高路径跟踪精度，但该方法在计算每步的前轮期望转角时通过简化模型和近似获得，所得参数较为粗略，无法根据实际行驶情况进行动态调整，而且所得参数也是针对特性情况进行的优化，缺乏通用性。

发明内容

为了克服上述技术方法的缺点，本发明的目的在于提供一种改进的用于地面车辆路径跟踪的纯追踪控制方法。该方法综合车辆横向偏差的正负和车辆航向偏差与理想直线校正航向角之间的关系选择合适的路径跟踪方法，实现稳定性好、精度高的路径跟踪控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：