智联网汽车技术 课件 9.3路径跟踪.pptx

路径跟踪项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术

课程导入智能网联汽车是怎么逐步发展起来的？

课程导入路径跟踪系统!

学习目标说出路径跟踪系统的主要功能和工作原理01分析路径跟踪系统的两种主要方法02解释纯跟踪算法的基本原理和应用优势03

激活旧知路径跟踪系统要完成的任务是什么呢？让汽车在高速公路上，既要保持设定的速度，又要与前车保持安全距离。它需要控制汽车的纵向速度和横向位置，完成这两方面的协调控制。

探索新知纵向控制横向控制它需要控制汽车的速度，与前车保持安全距离；也需要控制汽车的横向位置，使其沿着车道行驶。

探索新知工作原理它主要是通过控制汽车的转向角度，使汽车的实际轨迹紧跟参考路径行驶。参考路径就是我们规划好让汽车按照的路径。几何跟踪法比较简单直观，模型跟踪法考虑了更多汽车的动力学特性，更精确。几何跟踪法根据汽车的运动学原理，计算出让汽车转向的控制量。模型跟踪法建立汽车运动的数学模型，求解控制汽车转向的最优解。

探索新知典型算法基本原理是基于当前车辆的后轮中心位置（车辆质心），在参考路径上向ld（称为前视距离）的距离匹配一个预瞄点，假设车辆后轮中心可以按照一定的转弯半径??行驶至该预瞄点，然后根据前视距离ld、转弯半径??、车辆坐标系下预瞄点的朝向角??之间的几何关系来计算前轮转角。几何跟踪法中的典型算法——PurePursuit,也称为纯跟踪算法。

探索新知典型算法如图所示，在三角形OAC中，根据正弦定理可得：根据车辆的运动学方程，有：

探索新知典型算法所以，根据阿克曼转向模型得到前轮转角为：纯跟踪算法的特点是简单实用，对道路曲率变化鲁棒，但需要精确调节预瞄距离，不易找到最优值,转向控制效果难以保证。

探索新知Stanley算法Stanley算法是斯坦福大学在比赛中使用的算法，它的名称来源于斯坦福的校名。它是一种基于横向跟踪误差（cross-trackerror：e）为前轴中心到最近路径点(px，py)的距离）的非线性反馈函数，能实现横向跟踪误差指数收敛于0。

探索新知Stanley算法根据车辆位姿与给定路径的相对几何关系可以直观的获得控制车辆方向盘转角的控制变量，其中包含横向偏差e和航向偏差θe。

探索新知Stanley算法假设车辆预期轨迹在距离前轮d(t)处与给定路径上最近点切线相交，根据几何关系得出如下非线性比例函数：在不考虑航向跟踪偏差的情况下，横向跟踪误差越大，前轮转向角越大

探索新知Stanley算法假设车辆预期轨迹在距离前轮d(t)处与给定路径上最近点切线相交，根据几何关系得出如下非线性比例函数：在不考虑航向跟踪偏差的情况下，横向跟踪误差越大，前轮转向角越大

探索新知Stanley算法随着横向误差的增加，arctan函数产生一个直接指向期望路径的前轮偏角，并且收敛受车速v(t)限制。综合两方面控制因素，基本转向角控制率如下:其中d(t)与车速相关，最后用车速v(t)，增益参数k表示。

探索新知Stanley算法Stanley算法相比于纯追踪控制算法更适用于相对更高车速的行驶工况，但是对期望路径的平滑程度要求较高，在道路曲率光滑性不理想的情况下容易出现车辆响应超调过大的问题。由于忽略了车辆动力学特性和转向执行器动态特性，在当车辆侧向加速度较大时跟踪性能较差。

小测试即时检测1.路径跟踪系统的主要功能是什么？2.几何跟踪法与模型跟踪法的区别是什么？3.简述纯跟踪算法的工作原理。

小结路径跟踪系统的工作原理和几种典型算法路径跟踪系统通过控制汽车的转向角度，使其沿预定路径行驶，是实现自动驾驶的关键技术之一。简单直观的几何跟踪法主要方法建模精细的模型跟踪法

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