[发明专利]一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法，在车辆沿导航路径行驶过程中，周期性执行：在车辆行驶轨迹前方，选择第一预瞄点及第二预瞄点，所述第二预瞄点和坐标系原点的距离大于所述第一预瞄点和所述坐标系原点的距离；根据第一预瞄点的角度误差和坐标误差执行离散PID控制中的比例误差控制和微分误差控制，控制车辆输出以执行自动驾驶的轨迹跟踪控制；再根据第二预瞄点的坐标误差执行离散PID控制中的位置误差控制，以消除车辆自动驾驶的轨迹跟踪控制的累积误差；其中，所述坐标系原点为车子前脸正中间。本发明的方法可提升在拐弯地方的轨迹跟踪的精度，使无人驾驶车辆能安全、可靠地在园区的结构化程度较低的道路上行驶。

技术领域

本发明涉及无人驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

目前，越来越多的无人驾驶车辆与装备系统应用于如高档小区、公园、工业园区等园区环境，并给出了多种园区场景，如园区防疫、园区安防、园区清扫、园区快递配送、园区售卖、园区摆渡等应用场景。通过园区无人驾驶装备如无人驾驶防疫消毒清扫装备、无人驾驶售卖装备、无人驾驶安防装备、无人驾驶摆渡车辆等的投入，可以加大园区防疫清洁、安防力度，减少人员直接接触，有效降低感染风险，体现出了无人驾驶装备的优越性。

园区无人驾驶系统相比开放道路上无人技术车辆系统具有一些不同的特性，主要表现在以下方面：

(1)速度比较低，运行速度在40KM/h以下，不像开放道路上的自动驾驶系统，可能需要速度到60KM/h以上。

(2)道路范围有限，相对固定，道路长度有限，可以实现行驶地图提前部署存储到自动驾驶控制器里面。

(3)道路结构化程度比较低，可能没有明显规范的车道线，红绿灯等交通标志，道路宽度，上下坡，拐弯等道路特征差异性可能较大。

因此针对园区中结构化程度较低的道路，需要解决无人驾驶车辆的运动轨迹控制问题。

在现有技术中，车辆轨迹跟踪控制可以用预瞄跟随理论来描述，无人驾驶系统对行驶路径的跟踪控制是模拟驾驶员不停地对前方道路进行预瞄，根据道路的曲率以及前方路况对转向盘进行控制，然后逐渐逼近期望的路径。预瞄跟随理论可以简化成一个预瞄器和一个跟随器相串联而成的系统，如图1所示。该系统中预瞄器和跟随器的传递特性分别用P(s)、F(s)来表示，理想的预瞄跟随系统应该符合表达式:P(s)·F(s)≈1。

预瞄跟随理论描述了一种根据未来道路的路况信息去进行跟随控制的特性如图2所示，而对一个优秀的驾驶员来说，他的驾驶行为大都是满足“预瞄跟随”理论，如图3所示。无论驾驶情况出现怎样的变化，驾驶员总能通过输入合适的转角使车辆尽可能的按预期的路径行驶。

按照预瞄跟随理论开发路径跟踪算法可以分为预瞄器的设计与跟随器的设计两个部分。预瞄器预瞄点的选择主要与车辆的车速正相关，是算法设计的难点。车辆的跟踪控制在车辆以比较低的速度行驶且前轮转角比较小时，车辆的转弯半径R和方向盘转角δ′就服从“阿克曼”几何关系，也就是车辆行驶的路径曲率ρ与方向盘转角δ′成正比例关系，即：

其中，λ为转向系的传动比，L为轴距，ρ为车辆期望路径的曲率。

由上述公式可以看出，方向盘的转角控制与车辆的曲率满足比例关系。如果驾驶员能够在大量实践的基础上掌握方向盘转角与路径曲率之间的映射关系，那么当他观察到特定的曲率后就可以很自然地确定出方向盘的转角。自动驾驶系统本质上也是建立上式建立的对应关系，从而能够根据环境信息和驾驶状态判断出合适的方向盘转角。

基于预瞄跟踪原理与阿克曼转向原理的路径跟踪算法也称为基于几何的方法，相对另外一种基于模型的模型预测控制算法(MPC)相对比较简单，代码跟踪调试比较方便，算法运算量比较小，但是缺点是在拐弯的地方轨迹跟踪的精度不够。

发明内容