基于模糊自适应PID的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法与流程

基于模糊自适应pid的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法
技术领域
1.本发明涉及无人驾驶定位技术领域，具体为基于模糊自适应pid的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法。


背景技术：

2.无人驾驶技术是传感器、计算机、人工智能、导航定位、通信、模式识别、智能控制、机器视觉等多门前沿学科的综合体。无人驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控组件和全球定位系统协同合作，使得电脑可在没有人类主动操作下，自动安全地操作机动车辆。模糊自适应pid控制是在pid算法的基础上，采用误差e和误差变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表来进行参数调整，以满足不同时刻的e和ec对pid参数自整定的要求。对于pid的实际应用，比如汽车上的发动机转速控制、定速巡航、自适应巡航，智能车/自动驾驶车辆的转向、制动等底层控制，自平衡小车，四轴飞行器，还有3d打印机上的温度控制器。
3.现有的无人驾驶汽车的路径跟踪控制方法，对道路环境识别度不高，例如道路上存在障碍物、道路凹凸不平或道路存在深坑，容易发生误判导致交通事故。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于模糊自适应pid的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于模糊自适应pid的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，包括以下步骤：
6.s1、开启系统，系统对数据进行采集，建立坐标系；
7.s2、系统对采集数据进行分析整合处理；
8.s3、系统对无人驾驶车辆路径进行跟踪拟合调整控制处理；
9.s4、当需要对无人驾驶车辆调整路径时，系统首先确定无人驾驶车辆是否进行变道；
10.s5、无人驾驶车辆变道路径跟踪控制方式依靠系统中的判断条件实时调整无人驾驶车辆坐标和车速。
11.进一步的，在步骤s1中，以障碍标的物与路面接触的一个边角为原点建立坐标系，采集数据包括：障碍标的物高度hi、长度li、宽度ki，无人驾驶车辆坐标位置(xi，yi)，车辆左侧车轮坐标(ai，bi)，车辆右侧车轮坐标(ai，bi)，车辆底盘高度h，车速为ti；后方车辆坐标(di，ei)、车速为vi；左侧车辆坐标(pi，qi)、车速为wi；右侧车辆坐标(pi，qi)、车速为ui。
12.进一步的，在步骤s3中，
13.当hi＞0时，障碍标的物为路面突出物，当hi＜0时，障碍标的物为沟或坑；
14.当h＞hi、|a
i-ai|＞ki且ai＜0＜ki＜ai中全部成立时，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；
15.当h＞hi、|a
i-ai|＞ki且ai＜ki＜0＜ai中全部成立时，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；
16.当0＜ki＜ai、ai＜0＜ki、ai＜ki＜0或ki＜0＜ai中任意一项成立时，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可。
17.5、进一步的，在步骤s2中，
18.无人驾驶车辆与障碍标的物的间距为zi；
[0019][0020]
无人驾驶车辆左侧车轮与障碍标的物的间距为cj；
[0021][0022]
无人驾驶车辆右侧车轮与障碍标的物的间距为ci；
[0023][0024]
无人驾驶车辆与后方车辆的间距为fi；
[0025][0026]
无人驾驶车辆与左侧车辆的间距为ri；
[0027][0028]
无人驾驶车辆与右侧车辆的间距为ri；
[0029][0030]
进一步的，在步骤s4中，当zi≥ri且zi≥ri时，无人驾驶车辆作出降速不变道控制操作；
[0031]
当zi＜ri且zi≥ri时，无人驾驶车辆作出从左侧车道变道控制操作；
[0032]
当zi之ri且zi＜ri时，无人驾驶车辆作出从右侧车道变道控制操作；
[0033]
当zi＜ri且zi＜ri时，无人驾驶车辆可做出从左侧车道变道控制操作。
[0034]
进一步的，在步骤s5中，系统中的判断条件为：
[0035]
当无人驾驶车辆从左侧车道变道控制操作时，需满足条件：当无人驾驶车辆从左侧车道变道控制操作时，需满足条件：zi＞0、ci＞0、ci＞0、fi＞0、ri＞0、ri＞0；以上任意一个条件无法满足，则发出警示，实时调整路径；
[0036]
当无人驾驶车辆从右侧车道变道控制操作时，需满足条件：当无人驾驶车辆从右侧车道变道控制操作时，需满足条件：zi＞0、ci＞0、ci＞0、fi＞0、ri＞0、ri＞0；以上任意一个条件无法满足，则发出警示，实时调整路径。
[0037]
进一步的，所述系统包括：数据采集模块、跟踪路径拟合模块、跟踪路径调控模块、警示模块和中央处理模块，所述数据采集模块、跟踪路径拟合模块、跟踪路径调控模块、警示模块均分别与中央处理模块通信数据连接，所述数据采集模块用于对数据进行采集并标
记处理，所述跟踪路径拟合模块用于对无人驾驶车辆的路径进行拟合处理，所述跟踪路径调控模块用于对无人驾驶车辆的路径进行调控处理，所述警示模块用于对系统中的异常情况进行警示处理，所述中央处理模块用于数据进行综合分析处理。
[0038]
进一步的，所述数据采集模块包括：坐标系建立单元、车辆坐标数据采集单元、障碍标的物坐标采集单元；所述坐标系建立单元用于建立做坐标系，所述车辆坐标数据采集单元用于对无人驾驶车辆、后方车辆、左侧车辆、右侧车辆的坐标数据进行采集，所述障碍标的物坐标采集单元用于对障碍标的物的坐标数据进行采集。
[0039]
进一步的，所述跟踪路径拟合模块包括：路径数据整合单元、路径数据模拟单元，所述路径数据整合单元用于对无人驾驶车辆的路径数据进行整合处理，所述路径数据模拟单元用于对无人驾驶车辆路径进行模拟处理。
[0040]
进一步的，所述跟踪路径调整模块包括：变道判断单元、调整管理单元，所述变道判断单元用于对路径是否变道进行判断处理，所述调整管理单元用于对无人驾驶车辆在路径中的实时数据调节调整管理。
[0041]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0042]
1、本发明可对障碍标的物高度、长度、宽度、车辆坐标位置、车辆两侧车轮坐标、车辆底盘高度、后方车辆坐标、车速、左侧车辆坐标、车速、右侧车辆坐标、车速进行数据采集；可对道路障碍标的物数据和无人驾驶车辆进行计算处理，以最小的偏移角度和位置进行规避障碍标的物，同时对后方车辆、两侧车辆的坐标、车速进行计算，有效规避后方来车和两侧来车；根据无人驾驶车辆与障碍标的物、后方车辆、左侧车辆和右侧车辆的间距进行判断是否进行变道或从哪一侧进行变道，同时对变道过程中无人驾驶车辆与后方车辆、两侧车辆的坐标、车速进行计算，实时调整无人驾驶车辆坐标和车速；
[0043]
2、本发明中无人驾驶车辆与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆左侧车轮与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆左侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆右侧车轮与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆右侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与后方车辆的间距选取无人驾驶车辆与后方车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与左侧车辆的间距选取无人驾驶车辆与左侧车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与右侧车辆的间距选取无人驾驶车辆与右侧车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；障碍标的宽度小于左右侧车轮间距，且障碍标的物位于左右侧车轮之间，障碍标的物宽度不会对无人驾驶车辆左右侧车轮发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；障碍标的物右侧车轮的右侧或障碍标的物位于左侧车轮的左侧，障碍标的物不会对无人驾驶车辆发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可。
附图说明
[0044]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0045]
图1是本发明中整体的工作原理示意图；
[0046]
图2是本发明中整体的模块连接示意图；
[0047]
图3是本发明中数据采集模块的示意图；
[0048]
图4是本发明中跟踪路径拟合模块的示意图；
[0049]
图5是本发明中跟踪路径调控模块的示意图；
[0050]
图中：1、数据采集模块；2、跟踪路径拟合模块；3、跟踪路径调控模块；4、警示模块；5、中央处理模块。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
如图1-图5所示的基于模糊自适应pid的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法，包括以下步骤：
[0053]
s1、开启系统，系统对数据进行采集，建立坐标系；以障碍标的物与路面接触的一个边角为原点建立坐标系，采集数据包括：障碍标的物高度hi、长度li、宽度ki，无人驾驶车辆坐标位置(xi，yi)，车辆左侧车轮坐标(ai，bi)，车辆右侧车轮坐标(ai，bi)，车辆底盘高度h，车速为ti；后方车辆坐标(di，ei)、车速为vi；左侧车辆坐标(pi，qi)、车速为wi；右侧车辆坐标(pi，qi)、车速为ui；
[0054]
s2、系统对采集数据进行分析整合处理；
[0055]
无人驾驶车辆与障碍标的物的间距为zi；该间距zi选取无人驾驶车辆与障碍物不同端点间距中的最小值，保证间距zi为无人驾驶车辆与障碍标的物之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0056][0057]
无人驾驶车辆左侧车轮与障碍标的物的间距为ci；该间距ci选取无人驾驶车辆左侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，保证间距ci为无人驾驶车辆左侧车轮与障碍标的物之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0058][0059]
无人驾驶车辆右侧车轮与障碍标的物的间距为ci；该间距ci选取无人驾驶车辆右侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，保证间距ci为无人驾驶车辆右侧车轮与障碍标的物之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0060][0061]
无人驾驶车辆与后方车辆的间距为fi；该间距fi选取无人驾驶车辆与后方车辆间距中的最小值，保证间距fi为无人驾驶车辆与后方车辆之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0062]
[0063]
无人驾驶车辆与左侧车辆的间距为ri；该间距ri选取无人驾驶车辆与左侧车辆间距中的最小值，保证间距ri为无人驾驶车辆与左侧车辆之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0064][0065]
无人驾驶车辆与右侧车辆的间距为ri；该间距ri选取无人驾驶车辆与右侧车辆间距中的最小值，保证间距ri为无人驾驶车辆与右侧车辆之间的最小距离，进而保证后续计算的准确性；
[0066][0067]
s3、系统对无人驾驶车辆路径进行跟踪拟合调整控制处理；
[0068]
当hi＞0时，障碍标的物为路面突出物，当hi＜0时，障碍标的物为沟或坑；
[0069]
当h＞hi、|a
i-ai|＞ki且ai＜0＜ki＜ai中全部成立时，障碍标的物高度不会对无人驾驶车辆底盘造成刮蹭、碰撞，障碍标的宽度小于左右侧车轮间距，且障碍标的物位于左右侧车轮之间，障碍标的物宽度不会对无人驾驶车辆左右侧车轮发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；
[0070]
当h＞hi、|a
i-ai|＞ki且ai＜ki＜0＜ai中全部成立时，障碍标的物高度不会对无人驾驶车辆底盘造成刮蹭、碰撞，障碍标的宽度小于左右侧车轮间距，且障碍标的物位于左右侧车轮之间，障碍标的物宽度不会对无人驾驶车辆左右侧车轮发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；
[0071]
当0＜ki＜ai、ai＜0＜ki、ai＜ki＜0或ki＜0＜ai中任意一项成立时，障碍标的物右侧车轮的右侧或障碍标的物位于左侧车轮的左侧，障碍标的物不会对无人驾驶车辆发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；
[0072]
s4、当需要对无人驾驶车辆调整路径时，系统首先确定无人驾驶车辆是否进行变道；
[0073]
当zi≥ri且zi≥ri时，无人驾驶车辆作出降速不变道控制操作；
[0074]
当zi＜ri且zi≥ri时，无人驾驶车辆作出从左侧车道变道控制操作；
[0075]
当zi≥ri且zi＜ri时，无人驾驶车辆作出从右侧车道变道控制操作；
[0076]
当zi＜ri且zi＜ri时，无人驾驶车辆可做出从左侧车道变道控制操作；
[0077]
s5、无人驾驶车辆变道路径跟踪控制方式依靠系统中的判断条件实时调整无人驾驶车辆坐标和车速；
[0078]
当无人驾驶车辆从左侧车道变道控制操作时，需满足条件：当无人驾驶车辆从左侧车道变道控制操作时，需满足条件：zi＞0、ci＞0、ci＞0、fi＞0、ri＞0、ri＞0；以上任意一个条件无法满足，则发出警示，实时调整路径；
[0079]
当无人驾驶车辆从右侧车道变道控制操作时，需满足条件：当无人驾驶车辆从右侧车道变道控制操作时，需满足条件：zi＞0、ci＞0、ci＞0、fi＞0、ri＞0、ri＞0；以上任意一个条件无法满足，则发出警示，实时调整路径。
[0080]
所述系统包括：数据采集模块1、跟踪路径拟合模块2、跟踪路径调控模块3、警示模块4和中央处理模块5，所述数据采集模块1、跟踪路径拟合模块2、跟踪路径调控模块3、警示模块4均分别与中央处理模块5通信数据连接，所述数据采集模块1用于对数据进行采集并标记处理，所述跟踪路径拟合模块2用于对无人驾驶车辆的路径进行拟合处理，所述跟踪路径调控模块3用于对无人驾驶车辆的路径进行调控处理，所述警示模块4用于对系统中的异常情况进行警示处理，所述中央处理模块5用于数据进行综合分析处理；所述数据采集模块1包括：坐标系建立单元、车辆坐标数据采集单元、障碍标的物坐标采集单元；所述坐标系建立单元用于建立做坐标系，所述车辆坐标数据采集单元用于对无人驾驶车辆、后方车辆、左侧车辆、右侧车辆的坐标数据进行采集，所述障碍标的物坐标采集单元用于对障碍标的物的坐标数据进行采集；所述跟踪路径拟合模块2包括：路径数据整合单元、路径数据模拟单元，所述路径数据整合单元用于对无人驾驶车辆的路径数据进行整合处理，所述路径数据模拟单元用于对无人驾驶车辆路径进行模拟处理；所述跟踪路径调整模块3包括：变道判断单元、调整管理单元，所述变道判断单元用于对路径是否变道进行判断处理，所述调整管理单元用于对无人驾驶车辆在路径中的实时数据调节调整管理。
[0081]
本发明的有益效果是：
[0082]
本发明可对障碍标的物高度、长度、宽度、车辆坐标位置、车辆两侧车轮坐标、车辆底盘高度、后方车辆坐标、车速、左侧车辆坐标、车速、右侧车辆坐标、车速进行数据采集；可对道路障碍标的物数据和无人驾驶车辆进行计算处理，以最小的偏移角度和位置进行规避障碍标的物，同时对后方车辆、两侧车辆的坐标、车速进行计算，有效规避后方来车和两侧来车；无人驾驶车辆与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆左侧车轮与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆左侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆右侧车轮与障碍标的物的间距选取无人驾驶车辆右侧车轮与障碍物不同端点间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与后方车辆的间距选取无人驾驶车辆与后方车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与左侧车辆的间距选取无人驾驶车辆与左侧车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；无人驾驶车辆与右侧车辆的间距选取无人驾驶车辆与右侧车辆间距中的最小值，进而保证后续计算的准确性；障碍标的宽度小于左右侧车轮间距，且障碍标的物位于左右侧车轮之间，障碍标的物宽度不会对无人驾驶车辆左右侧车轮发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；障碍标的物右侧车轮的右侧或障碍标的物位于左侧车轮的左侧，障碍标的物不会对无人驾驶车辆发生刮蹭、碰撞，无人驾驶车辆无需进行调整路径，直行跨过障碍标的物即可；根据无人驾驶车辆与障碍标的物、后方车辆、左侧车辆和右侧车辆的间距进行判断是否进行变道或从哪一侧进行变道，同时对变道过程中无人驾驶车辆与后方车辆、两侧车辆的坐标、车速进行计算，实时调整无人驾驶车辆坐标和车速。
[0083]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。