基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115963829A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211679669.9(22)申请日2022.12.27(71)申请人中国人民解放军陆军军事交通学院军事交通运输研究所地址300361天津市河东区万东路８４号院(72)发明人李建市娄静涛李永乐潘世举徐友春(74)专利代理机构天津市三利专利商标代理有限公司12107专利代理师闫俊芬(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书3页说明书9页附图6页(54)发明名称基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法(57)摘要本发明涉及一种基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法，其特征是：构建车辆跟踪曲率线性连续变化路径的运动模型；根据车辆当前状态，预测车辆在控制系统通信延时时间之后的状态；根据预测车辆位置、车辆速度和期望路径的弯曲程度，确定预瞄点选择区间，并计算clothoid曲线；最后以clothoid曲线的曲率变化率为参数，以当前车速预瞄线控转向伺服系统响应迟滞时间后clothoid曲线相应位置的曲率作为目标曲率，计算车辆前轮目标转角。有益效果：本发明考虑到智能车辆控制曲线曲率不连续导致跟踪误差的问题，在不同速度下对弯道的路径跟踪精度都有较大的提升，能够提高路径跟随精度和行驶稳定性。CN115963829ACN115963829A权利要求书1/3页1.一种基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法，其特征是：构建车辆跟踪曲率线性连续变化路径的运动模型；根据车辆当前状态，预测车辆在控制系统通信延时时间之后的状态；根据预测车辆位置、车辆速度和期望路径的弯曲程度，确定预瞄点选择区间，并计算clothoid曲线；最后以clothoid曲线的曲率变化率为参数，以当前车速预瞄线控转向伺服系统响应迟滞时间后clothoid曲线相应位置的曲率作为目标曲率，计算车辆前轮目标转角，具体步骤如下：步骤1以阿克曼转向模型为基础构建车辆跟踪曲率线性连续变化路径的运动模型；步骤2根据车辆当前状态[xv,yv,θv,κv]，预测车辆在控制系统通信延时时间之后的状态[xg,yg,θg,κg]；步骤3在期望路径上找到与上述车辆位置[xg,yg]最近的点作为预瞄点区间的起点，根据车辆速度和期望路径的弯曲程度确定预瞄点区间的终点；步骤4以上述车辆位置[xg,yg]作为clothoid曲线的起点，在上述预瞄点区间选择预瞄点作为clothoid曲线的终点，计算clothoid曲线；步骤5以最大曲率、最大曲率变化率和曲线长度为约束条件对最优clothoid曲线进行校验，得到能够满足约束条件的最优clothoid曲线；步骤6以最优clothoid曲线的曲率变化率为参数，以当前车速预瞄线控转向伺服系统响应迟滞时间后最优clothoid曲线相应位置的曲率作为目标曲率，计算车辆前轮目标转角。2.根据权利要求1所述的基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法，其特征是：步骤1所述以阿克曼转向模型为基础构建车辆跟踪曲率线性连续变化路径的运动模型，具体为：S21：由阿克曼转向车辆的几何关系可得车辆前轮转角、轴距和转弯曲率之间的关系如下：κ＝tanδL其中，δ表示前轮转角，L表示轴距，κ表示当前转弯曲率；S22：曲率随时间的变化率如下：其中，s表示车辆行驶的距离，假设在这段距离内车辆匀速行驶，且速度为v，κ′为曲率随弧长的变化率；S23：曲率随弧长的变化率计算如下：其中，公式中参数代表含义与S21、S22公式中所代表含义一致，d(δ)/dt是前轮转向角速度；S24：方向盘的角速度计算如下：ω＝k*d(δ)/dt其中，公式中参数代表含义与S23式中所代表含义一致，ω表示方向盘的角速度，k为转向系传动比例系数；2CN115963829A权利要求书2/3页S25：方向盘转向角速度和车辆运动曲率变化率的关系计算如下：其中，公式中参数代表含义与S21、S23、S24公式中所代表含义一致。3.根据权利要求1所述的基于clothoid曲线的智能车路径跟踪控制方法，其特征是：步骤2)中，所述根据车辆当前状态[xv,yv,θv,κv]，预测车辆在控制系统通信延时时间之后的状态[xg,yg,θg,κg]，具体为：S31：车辆坐标系下，车辆在控制系统通信延时时间之后的状态：其中，公式中参数代表含义与S21、S22公式中所代表含义一致，t1表示控制系统通信延时时间，s表示t1时间运动的距离，r表示转弯半径，[Δx,Δy,Δθ,κ]表示t1时间后车辆在当前车辆坐标系下的状态；S32：全局坐标系下，车辆在控制系统通信延时时间之后的状态：其中，公式中参数代表含义与S31公式中所代表含义一致，[xv,yv,θv,κv]表示车辆当前在全局