[发明专利]一种四轮独立转向-独立驱动车辆轨迹跟踪方法和系统

说明书

本发明提供一种四轮独立转向‑独立驱动车辆轨迹跟踪方法和系统。该方法包括：在目标轨迹上选择同时满足前探距离约束和径向距离约束的点作为前探点，其中，所述径向距离约束是径向距离系数和横向误差之间的乘积，所述横向误差是所述目标轨迹上与车身基准点之间的最短距离；根据所述前探点和车身当前的位置关系，拟合出一条经过所述前探点和车身基准点的圆弧轨迹并计算圆弧轨迹的半径；根据设定车速和所述圆弧轨迹半径计算出车身基准点处的角速度；根据车身基准点处的角速度和线速度获得车轮的转速控制量和转角控制量以控制车辆沿所述目标轨迹行进。本发明的方法和系统改善了轨迹跟踪精度、误差收敛速度以及跟踪过程中车身的平顺性。

技术领域

本发明涉及车辆自动控制技术领域，尤其涉及一种四轮独立转向-独立驱动车辆轨迹跟踪方法和系统。

背景技术

车辆轨迹跟踪是指给定一条目标轨迹，控制车辆快速收敛到目标轨迹上，并沿着目标轨迹行进。当前的轨迹跟踪算法大致可以分为三类：基于模型的控制算法、基于反馈误差的控制算法以及基于几何关系的控制算法。基于模型的控制算法需要建立准确的车辆运动学模型和动力学模型，考虑轮胎的侧偏力和滑移率对轨迹跟踪性能的影响。基于反馈误差的控制算法，不需要建立系统模型，将被控系统看作黑箱，根据反馈误差来调整被控量，使得系统误差趋于零。基于几何关系的控制算法根据车身位姿与目标轨迹之间的几何关系计算转角控制量，控制车辆沿目标轨迹行进。通常情况下，建立准确的车辆运动学和动力学模型难度较大，而且车辆模型都是非线性的，这导致基于模型的控制算法计算复杂，难以应用于实际场景中。基于反馈误差的控制算法，根据反馈误差来修正控制量，系统的输出控制量存在延迟，难以满足轨迹跟踪的实时性要求。基于几何关系的控制算法，根据车身位姿与目标轨迹之间的几何关系，计算转角控制量，计算简单易于实现，普遍用于解决车辆的轨迹跟踪问题。

典型的几何关系跟踪算法有Pure Pursuit(纯追踪)方法、Vector Pursuit(矢量追踪)方法和Stanley方法。纯追踪方法根据前探距离约束在目标轨迹上选取前探点。前探距离约束是指车身基准点与前探点之间的欧式距离。基于前探点和车身基准点之间的位置关系，拟合出一条车辆可以执行的圆弧轨迹，根据拟合圆弧的曲率信息计算车辆转速、转角控制量来控制车辆沿目标轨迹行进。纯追踪方法的性能主要取决于前探点的选取，前探距离过小时，车身会在目标轨迹附近内外震荡。前探距离过大时，车身在弯道处不能很好地贴合目标轨迹，导致轨迹跟踪精度下降。

在实际应用场景中，车辆初始位置不一定在目标轨迹上，车辆与目标轨迹之间存在初始横向误差。现有纯追踪方法在目标轨迹上选取前探点时，只考虑了前探距离约束。在横向误差较大时，车身会出现一个较大的横摆角速度，导致车身在目标轨迹附近内外摆动，误差收敛时间长，初始阶段轨迹跟踪误差大。此外，传统的纯追踪方法通常采用固定的前探距离约束，无法自动适应目标轨迹的曲率变化，导致在弯道处会出现“弯道切边”现象。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种四轮独立转向-独立驱动车辆轨迹跟踪方法和系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种四轮独立转向-独立驱动车辆轨迹跟踪方法。该方法包括：

在目标轨迹上选择同时满足前探距离约束和径向距离约束的点作为前探点，其中，所述径向距离约束是径向距离系数和横向误差之间的乘积，所述横向误差是所述目标轨迹与车身基准点之间的最短距离；

根据所述前探点和车身当前的位置关系，拟合出一条经过所述前探点和车身基准点的圆弧轨迹并计算圆弧轨迹的半径；

根据设定车速和所述圆弧轨迹半径计算出车身基准点处的角速度；

根据车身基准点处的角速度和线速度获得车轮的转速控制量和转角控制量以控制车辆沿所述目标轨迹行进。

在一些实施例中，适应于所述目标轨迹的曲率信息动态地调整所述前探距离约束。

在一些实施例中，根据以下步骤设置所述前探距离约束：