[发明专利]用于控制地面车辆横向运动的方法和系统

说明书

描述了一种用于控制被布置为跟踪预定轨迹的地面车辆的横向运动的方法，特别是在辅助驾驶或自动驾驶场景中，所述方法包括：确定车辆质心从预定轨迹的横向偏移；确定前瞻误差，该前瞻误差被定义为车辆质心的虚拟前瞻位置与预定轨迹相距的距离；以及控制车辆的转向角，以便还最小化横向偏移和所述前瞻误差随时间的一阶导数。

技术领域

本发明总体涉及用于地面车辆的辅助驾驶系统，并且尤其是车载系统，以及涉及用于辅助地面车辆的方法，尤其是在跟踪预定轨迹的辅助驾驶或自主驾驶场景中。

更具体地，本发明涉及用于地面车辆的横向运动控制的方法和系统。

背景技术

近年来，在将地面车辆(下文简称为“车辆”)配备有主动车辆驾驶员辅助系统方面取得的进展有助于显著改善道路安全性。

未来的挑战是设计自动驾驶车辆并在具有其他车辆(无论是自动驾驶车辆还是由驾驶员驾驶的车辆)的拥挤的道路环境中使它们操作安全。

自主车辆的操作通常由导航系统和轨迹定义系统共同控制。车载导航系统被设计为大规模地对路线进行编程，即在道路网络规模(地理规模)上，其通过建立一系列适于将预定的原始位置连接到预定目的地的连续路段而发生，可能取决于检测到的道路网络的交通状况或预定义行程约束(例如，封闭正在进行作业的某些路段)而动态变化。轨迹定义系统被设计成自动处理在几十或几百米量级的局部规模上的车辆运动轨迹，其适于实现由导航系统编程的路线。这是通过根据预定的运动约束和环境约束并且根据预定的优化来确定车辆随着时间的位置、方向和速度来完成的，其中预定的运动约束诸如车辆的动态约束，其包括最大速度、纵向加速度、转向角，环境约束包括路径障碍，预定的优化诸如最小化车辆的横向加速度。

在自主驾驶环境中，车辆被布置成通过沿着相应轨迹沿着一系列路段行进而遵循预定义的市内或市外路线，所述路段例如由车载导航系统确定，所述相应轨迹由时间变量笛卡尔坐标(X_T(t)，Y_T(t))定义并且根据实现预定路线的道路延伸情况和关于上述路段的实际交通状况而实时计算，实际交通状况由装备到车辆的传感器系统来检测，所述传感器系统诸如捕获车辆周围环境的器件以及相关联的道路标记识别系统、雷达或激光传感器装置、以及相关联的障碍物识别系统。

在车辆中，通过合并由装备到车辆的传感器系统(例如，GPS，摄像机，雷达检测器，激光探测器等)检测到的数据来获取当前位置和方向。通过控制推进系统或制动系统来执行车辆的纵向控制，即其沿着计算出的轨迹前进，同时通过控制转向系统来执行车辆的横向控制，即车辆方向的控制。

在现有技术中，跟踪预定路线或跟踪属于这种路线的计算出的轨迹的问题是在第一次检查时独立于车辆的纵向控制(即车辆完成路线的速度)，但基本上是车辆横向控制的问题。它在数学上等同于最小化由车载传感器系统获取的车辆的当前已知位置(车辆的重心或质心)与由轨迹处理模块在局部规模上取决于车辆的运动约束而定义的参考轨迹之间的距离的问题。

此外，控制由自主驾驶车辆对预定路线的跟踪的关键方面是可以在车辆前方的区域中(在不久的将来时间)使用关于参考轨迹的可用信息通过不限于当前信息而是通过未来投影部件增强的方法来改善车辆的横向控制系统的性能。

图1示出说明由最常见的车辆横向控制策略所使用的参数的图表，所述参数是车辆的质心B(车辆总体上以V指示并且通过图示前转向轮FW和后轮RW来表示)和参考轨迹T(在下文中表示为横向偏移e)之间的距离，以及车辆的当前方向h与在更靠近车辆正交的轨迹的点处与轨迹T相切的方向之间的差异(在下文中称为方向误差Δψ)。这些参数用于定义虚拟预测误差e_p＝e+x_pΔψ，其中x_p是车辆的当前位置(车辆质心)与车辆(车辆质心)的虚拟前瞻位置(即下述位置，在预定时间段之后估计的车辆质心位置)之间的距离。控制系统的目的是保持虚拟预测误差e_p等于零，这相当于保持横向偏移和方向误差都为零。