基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及车辆电子控制技术领域，特别涉及一种基于回旋曲线追随的智能车辆 路径跟踪方法及系统。
【背景技术】
[0003] 路径跟踪控制算法是指控制智能车沿着预定的参考路径安全、稳定、准确行驶的 方法，其性能和控制精度将直接影响智能车自主行驶的执行能力。
[0004] 早期的路径跟踪方法，如几何路径规划法、旋量法、滚动路径法等，仅适用于室内 移动的机器人。由于智能车的非完整约束，且车辆体积尺寸较大，受到如最小转弯半径、最 大角速度等动力学条件的约束，上述路径跟踪方法对于智能车而言是不适用的。近年来涌 现出许多基于智能车研宄的路径跟踪方法，这些方法在特定的环境中，如较高的速度、复杂 的道路环境等，能够有较好表现。例如纯追随算法、Stanley方法等都能很好的完成跟踪既 定路径，但是这些方法都与速度相耦合，在复杂道路上如果没有很好的控制相应的速度，这 些方法就不能很好的完成路径跟踪。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种精度高、鲁棒性优、能稳定跟踪的、 基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案： 基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法，包括步骤： 步骤1，寻找跟踪路径中离智能车辆当前位置最近的GPS点； 步骤2,从步骤1获得的GPS点开始，按智能车辆行驶方向遍历跟踪路径中GPS点，计算 智能车辆当前位置和当前遍历点的距离，直至该距离大于当前最小预瞄距离，停止遍历，执 行步骤3 ;所述的最小预目苗距离初始值取9~15米范围内任意值； 步骤3,以智能车辆当前位置为起点、当前遍历点为终点生成回旋曲线，并获得回旋曲 线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率； 步骤4,若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值小于曲率阈值，或者起点曲率和终点 曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为辅助最小预瞄距离，以当 前遍历点为预瞄目标点；所述的曲率阈值取0. 05-0. 15内任意值； 步骤5,若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距 离为最小预瞄距离初始值，以辅助最小预瞄距离为当前最小预瞄距离，然后执行步骤2 ;所 述的辅助最小预瞄距离取5-7米内任意值； 步骤6,以智能车辆当前位置为起点、预瞄目标点为终点生成回旋曲线，根据回旋曲线 的起点曲率、曲率变化率、终点曲率和长度获得智能车辆的方向盘转角。
[0007] 步骤6中，采用阿卡曼原理获得智能车辆的方向盘转角。
[0008] 上述基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法对应的系统，包括： 第一模块，用来寻找跟踪路径中离智能车辆当前位置最近的GPS点； 第二模块，用来从第一模块获得的GPS点开始，按智能车辆行驶方向遍历跟踪路径中GPS点，计算智能车辆当前位置和当前遍历点的距离，直至该距离大于当前最小预瞄距离， 停止遍历；所述的最小预目苗距离初始值取9~15米范围内任意值； 第三模块，用来以智能车辆当前位置为起点、当前遍历点为终点生成回旋曲线，并获得 回旋曲线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率； 第四模块，用来若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值小于曲率阈值，或者起点曲 率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最小预瞄距离为辅助最小预瞄距 离，以当前遍历点为预瞄目标点；所述的曲率阈值取0. 05-0. 15内任意值； 第五模块，用来若起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值、但当前最 小预瞄距离为初始最小预瞄距离，以辅助最小预瞄距离为当前最小预瞄距离，然后执行步 骤2 ;所述的辅助最小预瞄距离取5-7米内任意值； 第六模块，用来以智能车辆当前位置为起点、预瞄目标点为终点生成回旋曲线，根据回 旋曲线的起点曲率、曲率变化率和终点曲率获得智能车辆的方向盘转角。
[0009] 和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果： (1)可提高智能车辆路径跟踪精度，且能够使方向盘转动平稳，保证智能车辆行驶平 稳。
[0010] (2)对智能车辆速度没有很强的依赖性，即使速度控制没有能很好的反应道路曲 率信息，也能保持很好的跟踪精度。
[0011] (3)简化了路径跟踪的参数输入，鲁棒性好，可实现性较强，可移植性好。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明方法的具体流程图； 图2为本发明实施例中跟踪路径示意图； 图3为本发明施例中跟踪误差及其相应位置的关系图； 图4为本发明实施例的偏航误差曲线。
【具体实施方式】
[0013] 本发明主要包括寻找智能车辆预瞄目标点和基于回旋曲线的控制跟踪两部分，具 体步骤如下： 步骤1，寻找跟踪路径中离智能车辆当前位置最近的GPS点。
[0014] 跟踪路径的获得属于本技术领域内的常规技术，是由事先采集的智能车辆经过位 置的GPS点组成的路径线，即跟踪路径由一系列离散GPS点构成，各GPS点属性包括经度、 炜度和方位角。
[0015] 步骤2，跟踪路径中GPS点的遍历。
[0016] 从步骤1获得的GPS点开始，按智能车辆行驶方向遍历跟踪路径中GPS点，计算智 能车辆和当前遍历点的距离，比较该距离与当前最小预瞄距离的大小，当该距离大于当前 最小预瞄距离时，停止遍历，执行步骤3。
[0017] 上述当前最小预目苗距离初始值取9~15米范围内任意值。
[0018] 步骤3,生成回旋曲线并获得回旋曲线的相关参数。
[0019] 以智能车辆当前位置为起点、当前遍历点为终点生成回旋曲线，并获得回旋曲线 的起点曲率、曲率变化率和终点曲率。
[0020] 本步骤为本技术领域内的常规技术，在此不做赘述。
[0021] 步骤4，获得预瞄目标点。
[0022] 当起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值小于曲率阈值时，以当前遍历点为预瞄 目标点；当起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值同时当前 最小预瞄距离为辅助最小预瞄距离时，也以当前遍历点为预瞄目标点。获得预瞄目标点后 执行步骤5。
[0023] 当起点曲率和终点曲率的绝对值中最大值不小于曲率阈值，但当前最小预瞄距离 为最小预瞄距离初始值时，将当前最小预瞄距离更改为辅助最小预瞄距离，然后重新执行 步骤2。
[0024] 曲率阈值为实践经验值，取0.05-0. 15内任意值，辅助最小预瞄距离为实践经验 值，取5-7米范围内任意值。
[0025] 步骤5,以智能车辆当前位置为起点、预瞄目标点为终点生成回旋曲线，根据回旋 曲线的起点曲率、曲率变化率、终点曲率和长度获得智能车辆的方向盘转角。
[0026] 具体实施中，依据Ackman原理(阿卡曼原理）计算智能车辆的方向盘转角。
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步说明。
[0028] 本实施例基于武汉大学"途智号"无人车平台上进行实施，采用C++语言编程实现 本发明方法，实施例的流程图参见图1，具体实施过程如下： 步骤一，寻找智能车辆的预瞄目标点。
[0029] Line表示智能车辆跟踪路径；CurPoint表示智能车辆当前位置；TargetPoint为 待寻找的预瞄目标点；ds为当前遍历点与智能车辆当前位置间的距离，采用ds_flag判断 是否