智聯(lián)網(wǎng)汽車技術(shù) 課件 9.3路徑跟蹤

路徑跟蹤項(xiàng)目三汽車決策控制系統(tǒng)任務(wù)9協(xié)同控制系統(tǒng)主講人：周磊智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)課程導(dǎo)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車是怎么逐步發(fā)展起來的？課程導(dǎo)入路徑跟蹤系統(tǒng)!學(xué)習(xí)目標(biāo)說出路徑跟蹤系統(tǒng)的主要功能和工作原理01分析路徑跟蹤系統(tǒng)的兩種主要方法02解釋純跟蹤算法的基本原理和應(yīng)用優(yōu)勢03激活舊知路徑跟蹤系統(tǒng)要完成的任務(wù)是什么呢？讓汽車在高速公路上，既要保持設(shè)定的速度，又要與前車保持安全距離。它需要控制汽車的縱向速度和橫向位置，完成這兩方面的協(xié)調(diào)控制。探索新知縱向控制橫向控制它需要控制汽車的速度，與前車保持安全距離；也需要控制汽車的橫向位置，使其沿著車道行駛。探索新知工作原理它主要是通過控制汽車的轉(zhuǎn)向角度，使汽車的實(shí)際軌跡緊跟參考路徑行駛。參考路徑就是我們規(guī)劃好讓汽車按照的路徑。幾何跟蹤法比較簡單直觀，模型跟蹤法考慮了更多汽車的動力學(xué)特性，更精確。幾何跟蹤法根據(jù)汽車的運(yùn)動學(xué)原理，計(jì)算出讓汽車轉(zhuǎn)向的控制量。模型跟蹤法建立汽車運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，求解控制汽車轉(zhuǎn)向的最優(yōu)解。探索新知典型算法基本原理是基于當(dāng)前車輛的后輪中心位置（車輛質(zhì)心），在參考路徑上向ld（稱為前視距離）的距離匹配一個(gè)預(yù)瞄點(diǎn)，假設(shè)車輛后輪中心可以按照一定的轉(zhuǎn)彎半徑??行駛至該預(yù)瞄點(diǎn)，然后根據(jù)前視距離ld、轉(zhuǎn)彎半徑??、車輛坐標(biāo)系下預(yù)瞄點(diǎn)的朝向角??之間的幾何關(guān)系來計(jì)算前輪轉(zhuǎn)角。幾何跟蹤法中的典型算法——PurePursuit,也稱為純跟蹤算法。探索新知典型算法如圖所示，在三角形OAC中，根據(jù)正弦定理可得：根據(jù)車輛的運(yùn)動學(xué)方程，有：探索新知典型算法所以，根據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向模型得到前輪轉(zhuǎn)角為：純跟蹤算法的特點(diǎn)是簡單實(shí)用，對道路曲率變化魯棒，但需要精確調(diào)節(jié)預(yù)瞄距離，不易找到最優(yōu)值,轉(zhuǎn)向控制效果難以保證。探索新知Stanley算法Stanley算法是斯坦福大學(xué)在比賽中使用的算法，它的名稱來源于斯坦福的校名。它是一種基于橫向跟蹤誤差（cross-trackerror：e）為前軸中心到最近路徑點(diǎn)(px，py)的距離）的非線性反饋函數(shù)，能實(shí)現(xiàn)橫向跟蹤誤差指數(shù)收斂于0。探索新知Stanley算法根據(jù)車輛位姿與給定路徑的相對幾何關(guān)系可以直觀的獲得控制車輛方向盤轉(zhuǎn)角的控制變量，其中包含橫向偏差e和航向偏差θe。探索新知Stanley算法假設(shè)車輛預(yù)期軌跡在距離前輪d(t)處與給定路徑上最近點(diǎn)切線相交，根據(jù)幾何關(guān)系得出如下非線性比例函數(shù)：在不考慮航向跟蹤偏差的情況下，橫向跟蹤誤差越大，前輪轉(zhuǎn)向角越大探索新知Stanley算法假設(shè)車輛預(yù)期軌跡在距離前輪d(t)處與給定路徑上最近點(diǎn)切線相交，根據(jù)幾何關(guān)系得出如下非線性比例函數(shù)：在不考慮航向跟蹤偏差的情況下，橫向跟蹤誤差越大，前輪轉(zhuǎn)向角越大探索新知Stanley算法隨著橫向誤差的增加，arctan函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)直接指向期望路徑的前輪偏角，并且收斂受車速v(t)限制。綜合兩方面控制因素，基本轉(zhuǎn)向角控制率如下:其中d(t)與車速相關(guān)，最后用車速v(t)，增益參數(shù)k表示。探索新知Stanley算法Stanley算法相比于純追蹤控制算法更適用于相對更高車速的行駛工況，但是對期望路徑的平滑程度要求較高，在道路曲率光滑性不理想的情況下容易出現(xiàn)車輛響應(yīng)超調(diào)過大的問題。由于忽略了車輛動力學(xué)特性和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動態(tài)特性，在當(dāng)車輛側(cè)向加速度較大時(shí)跟蹤性能較差。小測試即時(shí)檢測1.路徑跟蹤系統(tǒng)的主要功能是什么？2.幾何跟蹤法與模型跟蹤法的區(qū)別是什么？3.簡述純跟蹤算法的工作原理。小結(jié)路徑跟蹤系統(tǒng)的工作原理和幾種典型算法路徑