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原文传递一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置及控制方法

专利名称：	一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置及控制方法
摘要：	本发明涉及一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置及控制方法，控制装置由GPS数据采集模块、车辆速度采集模块、数据预处理模块、计算模块和线控执行系统组成。控制方法，包括实时采集和获取车辆的GPS位置和姿态信息，采集跟踪轨迹路径上点的GPS坐标；将轨迹信息进行预处理，使用高斯滤波的方法将跟踪轨迹平滑化；确定跟踪路径参考点的预瞄窗口，预瞄间隔，预瞄点，计算当前车辆坐标点与选定好的若干预瞄点的航向角偏差和位置偏差，依据位置偏差和航向角偏差，计算出每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角，根据道路状况信息和车辆状态信息确定每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角，各前轮转角按照等权重进行加和输出，达到路径跟踪的目的。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	金立生;王禹涵;郑义;高铭;陈梅;司法;孙栋先;闫福刚;石健;华强;郭柏苍;朱菲婷;夏海鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910283871.1
公开号：	CN110001637A
代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：	张岩
分类号：	B60W30/10(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置，其特征在于：由GPS数据采集模块(1)、车辆速度采集模块(2)、数据预处理模块(3)、计算模块(4)和线控执行系统(5)组成；所述GPS数据采集模块(1)和车辆速度采集模块(2)分别经数据预处理模块(3)、计算模块(4)与线控执行系统(5)相连；所述GPS数据采集模块(1)用于实时采集和获取车辆的位置和姿态信息，并采集需跟踪路径上的GPS坐标点；所述车辆速度采集模块(2)用于采集车速信息；所述数据预处理模块(3)用于将处理好的信息传递给计算模块(4)；所述计算模块(4)用于计算跟踪路径参考点的选择预瞄窗口；确定预瞄间隔，过滤选择若干预瞄点；计算当前车辆坐标点选定好的若干预瞄点的航向角偏差和位置偏差；计算出每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角；根据道路状况信息和车辆状态信息确定每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角的权重；所述计算模块(4)的输出与线控执行系统(5)相连。 2.根据权利要求1所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置，其特征在于：所述GPS数据采集模块(1)，车辆速度采集模块(2)采集数据与获取数据的周期均为0.002秒，计算模块(4)的信号输出周期为0.005秒。 3.根据权利要求1所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： A、GPS数据采集模块(1)实时采集和获取车辆的位置和姿态信息，并采集需跟踪路径上的GPS坐标点，车辆速度采集模块(2)根据车辆CAN线采集车速信息； B、数据预处理模块(3)将步骤A采集的跟踪路径上的坐标点进行预处理，将预处理好的GPS坐标路径点作为路径跟踪的参考点； C、计算模块(4)根据步骤B确定跟踪路径参考点的选择预瞄窗口，即预瞄最远距离和预瞄最近距离； D、计算模块(4)根据步骤C确定的预瞄窗口，确定预瞄间隔，过滤选择若干预瞄点； E、计算模块(4)根据步骤D确定的预瞄点，计算当前车辆坐标点选定好的若干预瞄点的航向角偏差和位置偏差； F、计算模块(4)根据步骤E得到的预瞄坐标点和当前车辆坐标的位置偏差和航向角偏差，计算出每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角； G、计算模块(4)根据道路状况信息和车辆状态信息确定每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角的权重，最后各前轮转角按照之前的权重进行加和输出。 4.根据权利要求3所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤B中对参考路径上的坐标点进行数据预处理，包含以下步骤： B1、将GPS数据采集模块(1)采集的GPS经纬度坐标信息转化为直角坐标，转化时忽略海拔高度上的因素，假定数据采集处理单元采集的GPS坐标点在同一水平高度上，选择参考路径上的第一个点为直角坐标原点，得到直角坐标系下的跟踪路径轨迹坐标； B2、将转化得到的跟踪路径上的点用高斯滤波的方法滤掉路径上的毛刺点。 5.根据权利要求3所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤C中跟踪路径参考点的选择的预瞄窗口确定，包括以下步骤： C1、预瞄窗口的上界距离的确定按下式计算：其中，k1为预瞄窗口上界的车速系数，vcar为车辆的实际速度，k2为预瞄窗口上界的角度系数，θ为车辆纵轴线与车辆后轴中心线中点和预瞄窗口上界参考点的连线的夹角，以车辆纵轴线为参考线以逆时针方向旋转至车辆后轴中心线中点和预瞄窗口上界参考点的连线的到的角度为正，k3为预瞄窗口上界的最小预瞄距离； C2、预瞄窗口的下界距离的确定按下式计算： Llow＝i1×vcar+i2×\|sinθ\|2+i3，其中，i1为预瞄窗口下界的车速系数，vcar为车辆的实际速度，计算时的取值速度数值，i2为预瞄窗口上界的角度系数，θ为车辆纵轴线与车辆后轴中心线中点和预瞄窗口上界参考点的连线的夹角，以车辆纵轴线为参考线以逆时针方向旋转至车辆后轴中心线中点和预瞄窗口上界参考点的连线的到的角度为正，i3为预瞄窗口上界的最小预瞄距离。 6.根据权利要求3所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤D中预瞄间隔的确定及预瞄点的确定，包含以下步骤： D1、预瞄点间的间隔的确定按下式计算：其中，l为相邻预瞄点之间的间隔，Lup为预瞄窗口的上界距离，Llow为预瞄窗口的下界距离，a为预瞄间隔系数，R为预瞄窗口中的弧线的最大曲率半径； D2、预瞄窗口内预瞄点的确定，按照下面的方法确定：如果l≥(Lup-Llow)，则只取Lup，Llow两个预瞄距离对应的预瞄点，具体的确定方法为，以车辆后轴中点为原点，以Lup，Llow为半径画圆，取与参考路径在车辆前方的交点为预瞄点；如果l＜(Lup-Llow)，则各个预瞄点对应的预瞄距离为Llow，Llow+l,Llow+2×l,…,Lup，同样以车辆的后轴中心点为，为圆心，以Llow，Llow+l,Llow+2×l,…,Lup为半径画圆，取与参考路径在车辆前方的交点为预瞄点。 7.根据权利要求3所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤F中根据得到的预瞄坐标点和当前车辆坐标的位置偏差和航向角偏差，计算出每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角，计算公式如下：式中，δ’为前轮转角，L车辆前轴与后轴之间的距离，α为航行角偏差，Ld为预瞄距离，kk为横向偏差系数，derr为横向位置偏差。 8.根据权利要求3所述的一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤G中根据道路状况信息和车辆状态信息确定每一个预瞄坐标点相对应的前轮转角的权重，最后各前轮转角按照等权重进行加和输出，计算公式如下：式中，δ为输出前轮转角，δi’为每一个预瞄点对应的输出的前轮转角，n为预瞄点个数。
所属类别：	发明专利