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申请/专利权人：西北机电工程研究所

摘要：本发明公开了一种基于视角反馈控制和转向延迟修正的路径跟踪方法，为了广泛满足有无转向系统延迟的无人驾驶车辆的路径跟踪精度要求，并使之具有自然人的驾驶特点从而贴近真人驾驶过程以及简单易实现的控制过程，因此所提出的路径跟踪方法包括了基于预瞄思想的视角变量获取过程、基于控制器的转向转化过程和基于Smith预估器的转向延迟修正过程。本发明适用于有无转向系统延迟车辆的广泛路径跟踪场景中，控制结构具有可扩展性，控制过程简易且具有自然人的驾驶特点，满足路径跟踪精度的同时降低了路径跟踪控制过程的实现难度。

主权项：1.一种基于视角反馈控制和转向延迟修正的路径跟踪方法，其特征在于，它包括以下步骤：第一步，获取车辆位姿状态和目标路径信息：车辆位姿状态主要包括车辆在大地坐标系下的位置坐标、速度大小和航向等信息，上述信息通过反馈得到；目标路径信息是预设的具有位置坐标的点集或者线条，也可是轨迹规划层规划的目标轨迹，属于控制问题中的目标值；针对的车辆为广义概念的车辆底盘，包括但不限于基于转向器的各类车辆、基于线控轮式转向的各类底盘和基于履带差速转向式底盘；第二步，通过预瞄过程计算理论预瞄距离：根据第一步获得的车辆位姿状态和目标路径信息，经过基于预瞄距离计算得到理论预瞄距离，该计算过程采用了基于车速和道路信息两个主要因素的经验公式，公式如下：tpremax＝cmaxutpremin＝max[cminu,lcu]· Lpre＝utpre·其中，最大、最小预瞄时间系数分别为cmax、cmin，不同大小将形成不同的驾驶控制风格；最大、最小预瞄时间分别为tpremax，tpremin；车辆轴距为lc；车速为u；收缩速率系数为Ks；道路曲率值为ρ；道路曲率归一化的最大曲率值为ρmax；曲率变化率值为dρ；曲率变化率归一化的最大曲率变化率值为dρmax；预瞄时间为tpre；理论预瞄距离为Lpre；取最大值函数max[]；第三步，采用一阶惯性环节对理论预瞄距离进行防突变处理，以模拟驾驶员采集视角变量的生理延迟过程，该一阶惯性环节为Gsfs＝1τsfs+1其中，滤波一阶惯性时间常数为τsf，不同的τsf代表了不同驾驶员的特性；一阶惯性环节传递函数定义为Gsfs；拉普拉斯因子为s；经过滤波处理后的预瞄距离值即是实际预瞄距离值L；目标路径上距离车辆位置最近点沿目标路径向前L距离即为预瞄点；第四步，经过车辆当前位置点和预瞄点的几何运动学关系，得到视角变量Φ，具体指车辆位置点与预瞄点连线和车速方向形成的夹角；第五步，基于控制器的转向转化过程：将视角作为控制器的核心输入，通过计算得到理论目标转向角，控制器包括但不限于比例积分微分PID控制器、模糊逻辑控制器、模糊逻辑-比例积分微分控制器、神经网络控制器和滑膜控制器；第六步，判断当前车辆转向系统延迟状况，是否需要考虑系统延迟影响：如果无需考虑转向系统延迟，则将理论目标转向角直接下发给转向系统执行；反之，则采集试验车辆的转向响应数据，将转向系统视为一阶惯性环节串联纯延时环节过程，对系统进行参数辨识得到系统表达式： 其中，转向系统纯延迟系数为τp；转向系统一阶惯性环节系数为τsd；转向系统传递函数定义为Gsds；自然常数为e；得到转向系统描述之后，处理过程如下：将需要控制器输出量发给Smith预估器处理并将结果反馈给控制器输入端，与视角变量作差处理后重新输入给控制器得到输出量，即为实际目标转向角；第七步，车辆转向系统执行无需考虑转向系统延迟下的理论目标转向角或者考虑转向系统延迟下的实际目标转向角；第八步，判断当前状态是否满足停车要求，如果不满足停车要求，则返回第一步进行循环；反之，完成路径跟踪控制任务，停车，任务结束。

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