[发明专利]一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法

说明书

本发明涉及一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，包含以下步骤：（1）将车辆后轴中心点作为控制点，再根据车辆与路径规划系统生成的期望路径之间相对几何关系，同时考虑横向位移误差反馈、航向角误差反馈和曲率前馈，设计横向控制系统的非线性前馈‑反馈函数，从而实现车辆期望状态和位置的准确跟踪；（2）根据路径规划系统生成的期望加速度和期望速度，纵向控制系统设计基于条件积分的纵向速度跟踪方法，考虑积分运算饱和/未饱和的控制算法切换，实现泊车速度的精确控制。与现有技术相比，本发明充分利用车辆运动学和动力学参数，使横向控制和纵向控制模型更加准确和鲁棒，使智能驾驶汽车在自主泊车过程中更加精确。

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其是涉及一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法。

背景技术

汽车保有量的逐年上升，造成车位数量不足，车位尺寸小，泊车入位困难等问题。自主泊车入库技术已经成为研究热点。无人驾驶车辆的运动控制技术是无人驾驶车辆架构体系中最基础的技术和最重要的组成部分之一。运动控制的表现直接反映了无人驾驶车辆的行驶状态。并且由于其处于架构体系的底层，可以说是无人驾驶车辆行驶安全的最后一道闸门，所以其重要性对于自主泊车系统不言而喻。

但泊车运动控制仍存在一定问题。基于泊车运动控制是低速稳定的运动过程这一假设，车辆动力学模型被简化为刚体运动。在进行泊车入库时，车辆可以适当提高车速，提升泊车效率，但是会忽视车辆的稳定性。当期望路径曲率过大时，出现跟踪误差较大等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述困难，着眼于无人驾驶汽车泊车入库动作的研究与实现，通过路径跟踪以及速度跟踪，使车辆准确停入库位。该过程需要依赖于路径跟踪控制、路径规划、速度控制、转角跟踪控制等多个子系统协同完成。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于前轮反馈控制的泊车入库控制方法，包括以下步骤：

(1)将车辆后轴中心点作为控制点，再根据车辆与路径规划系统生成的期望路径之间相对几何关系，同时考虑横向位移误差反馈、航向角误差反馈和曲率前馈，设计横向控制系统的非线性前馈-反馈函数，从而实现路径跟踪的横向误差逐渐收敛至零，以及航向角误差收敛至零，从而实现车辆期望状态和位置的准确跟踪；

(2)根据路径规划系统生成的期望加速度和期望速度，纵向控制系统设计基于条件积分的纵向速度跟踪方法，考虑积分运算饱和/未饱和的控制算法切换，实现泊车速度的精确控制。

进一步地，步骤(1)具体包括以下步骤：

(101)根据当前所述车辆的位姿与所述期望路径的相对几何关系，进行车辆运动学模型分析；

(102)基于车辆运动学模型分析和规划路径信息，设计前轮转角非线性前馈-反馈控制算法。

进一步地，步骤(101)中，根据所述车辆的位置、姿态与所述期望路径的相对几何关系，分别得到车辆方向盘转角控制变量，包含横向位移误差和航向角误差；

在所述相对几何关系中，首先在车辆正前方固定距离的位置设定预瞄点，并将所述期望路径上与所述预瞄点距离最近的点设为路径跟踪的目标点；在不考虑横向跟踪误差的情况下，所述车辆的前轮转角方向与所述目标点的切线方向始终保持一致；所述车辆的惯导系统可实时得到所述车辆的航向角，与所述目标点的预先规划的目标航向角计算求出航向角误差；

根据车辆当前位置，计算所述预瞄点与所述目标点的横向位移误差；所述横向位移误差为所述控制点与所述目标点的切线的距离，而所述目标点的切线是通过与所述目标点前后两个点拟合得到；在不考虑航向角误差的影响下，计算出由于横向位移误差；将所述目标点预设的曲率设置为目标曲率，计算由于曲率带来的前馈控制转角。