一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法及系统

1.本发明涉及智能汽车控制技术领域，尤其涉及一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法及系统。


背景技术：

2.随着汽车保有量的上升，交通安全问题也成为了一种社会性问题，给人们的生命和财产造成了巨大损失。为了提高交通效率、保障道路安全，智能汽车逐渐成为学术界和工业界的研究热点。智能汽车是一种集环境感知、决策规划、控制执行等功能于一体的智能系统，在提高交通安全性、节约能源、减轻驾驶员的生理和心理负担方面具有显著的优越性。其中，路径跟踪控制技术通过控制汽车的主动转向系统使得汽车能够按期望路径行驶，是保障智能车自主行驶跟踪路径的基础。
3.路径跟踪控制旨在消除汽车在自主行驶过程中与参考轨迹之间的横向偏差和航向角误差，进而保证汽车行驶稳定性和安全性，已经成为研究汽车安全技术研究的重点。状态反馈最优控制方法能有效地应对车辆非线性因素、外界扰动和各种性能约束等问题，在路径跟踪领域具有重要的应用前景。现有技术中，缺乏对时滞的考虑，容易造成控制性能的退化甚至导致系统失稳的问题。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法及系统，用以克服现有技术中缺乏对时滞的考虑，容易造成控制性能的退化甚至导致系统失稳的问题。
5.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制系统，包括：
6.数据采集模块，用以对在智能车行驶时间达到预设时间时对行驶路径信息和路径数据进行实时采集；
7.中控模块，与所述数据检测模块相连，用以根据数据采集模块采集结果对智能车行驶路径进行修正，中控模块在智能车行驶时间达到预设时间时，提取数据采集模块采集的已行驶路径信息并根据行驶路径信息形成实际运行曲线，中控模块将当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线进行匹配，若当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线存在偏差，中控模块判定需对下一时段实际运行路径坐标进行修正，当中控模块对下一时段的实际运行路径进行修正时，中控模块根据当前位置平面坐标进行平面修正，并在修正完后提取该位置的第三坐标，中控模块将第三坐标与预设第三坐标进行比对，若中控模块判定第三坐标出现偏差，中控模块判定需计算坡度差值对修正后的平面坐标进行二次修正；
8.数据存储模块，与所述中控模块相连，用以对中控模块判定结果进行存储。
9.进一步地，所述中控模块在智能车行驶时间达到预设时间t时，提取所述数据采集模块采集的行驶路径信息并根据行驶路径信息形成实际运行曲线f，中控模块将当时段实际运行曲线f1与预设当时段运行曲线f0进行匹配，若当时段实际运行曲线f1与预设当时段
运行曲线f0存在偏差，中控模块判定需对下一时段实际运行路径坐标(x,y，z)进行修正；若当时段实际运行曲线f1符合预设当时段运行曲线f0，所述中控模块判定当时段实际运行曲线f1合格。
10.进一步地，所述中控模块在判定下一时段的实际运行路径进行修正时，中控模块根据当时段实际运行曲线f1与预设当时段运行曲线f0的第一交叉点位k1，并且根据第一交叉点位k1与当前位置确定第一曲线斜率a1，设定a1＝
△
y/
△
x，其中，
△
y＝|y0-y|，
△
x＝|x0-x|，其中，x0为第一交叉点位k1的横坐标，y0为第一交叉点位k1的纵坐标。
11.进一步地，所述中控模块在对平面坐标修正时，根据第一交叉点位k1处的第一曲线斜率a1将智能车实际行驶曲线平面坐标f(x，y)修正至f1(x1，y1)。
12.进一步地，所述中控模块对纵向坐标进行修正时，中控模块根据第一交叉点位k1的纵坐标与智能车的实际形式曲线平面的纵坐标y得到纵坐标差值并根据差值和第一曲线斜率a1对纵坐标进行修正，修正完成后的纵向坐标记为y1，设定：y1＝︱y0-y︱
×
a1；
13.所述中控模块对横向坐标进行修正时，中控模块计算第一交叉点位k1的纵向坐标与智能车的实际形式曲线平面的纵向坐标y的比例值，并根据比例值和智能车的实际行驶曲线平面的横向坐标x0对横向坐标x进行修正，修正完成后的横向坐标记为x1，设定：x1＝︱y0/y︱
×
x。
14.进一步地，所述中控模块对平面坐标修正完成时，中控模块提取所述数据采集模块采集智能车当前行驶路径坐标中第三坐标z并将z与预设第三坐标z0进行对比判定坡度是否进行二次修正，若中控模块判定第三坐标出现偏差，中控模块判定需计算坡度差值对修正的平面坐标f1(x1，y1)进行二次修正；若中控模块判定第三坐标符合，中控模块判定以修正后的f1(x1，y1)为准进行行驶。
15.进一步地，所述中控模块在平面坐标为交叉点位且需进行二次修正时，根据第一交叉点位k1处的竖轴点位zk将第一次修正完成坐标f1(x1，y1)修正至f2(x2，y2)。
16.进一步地，所述中控模块进行二次修正时，中控模块计算预设时间t与智能车当前点位的预设到达时间t0的差值和智能车当前点位的预设到达时间t0比值，中控模块根据比值和预设竖轴坐标z0确定竖轴点位zk，设定：zk＝(︱t1-t0︱/t0)
×
z0。
17.另一方面，本发明提供一种智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法，包括：
18.步骤s1，中控模块在智能车行驶时间达到预设时间时，提取数据采集模块采集的行驶路径信息并根据行驶路径信息形成实际运行曲线；
19.步骤s2,中控模块将当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线进行匹配，若当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线存在偏差，中控模块判定需对下一时段实际运行路径坐标进行修正；
20.步骤s3,当中控模块对下一时段的实际运行路径进行修正时，中控模块根据当前位置平面坐标进行平面修正；
21.步骤s4,当所述中控模块平面坐标修正完成时，中控模块将第三坐标与预设第三坐标进行匹配，若中控模块判定第三坐标出现偏差，中控模块判定需计算坡度差值对修正的平面坐标进行二次修正。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过中控模块对下一时段的实际运行路径进行修正时，首先依据根据当前位置平面坐标(x,y)进行平面修正，然后根据平
面修正的结果值(x1,y1)结合该位置的第三坐标z进行坡度修正，形成下一时段的位置修正结果(x，y，z)，下一时段的路径依据该当前位置点将原预设下一时段进平移，形成下一时段路径曲线f12。因此，本发明在每段时间分别对下一路径曲线进行修正，在点位置修正过程中，首先基于平面修正，然后基于坡度进行修正，一方面用以克服现有的修正模式中，不能够结合实际路段的起伏来考虑路径坡度偏差以及结合坡度偏差进行修正的技术缺陷，另一方面，通过对坡度偏差进行修正，也能针对坡度造成的路径延长或者缩短造成的时间不准确的缺陷。
23.进一步地，本发明实施例通过在对智能车行驶时间达到预设时间时，中控模块提取数据采集模块采集的行驶路径信息并将行驶路径信息形成行驶曲线，中控模块将行驶曲线与预设曲线进行匹配判定是否进行行驶路修正，能够有效提高了对智能车的行驶追踪，进而避免了智能车行驶时追踪时间间隔过长导致行驶路径偏移过大。
24.进一步地，本发明实施例中控模块在判定智能车路径需进行修正时，中控模块实际行驶路径斜率对智能车当前行驶曲线进行修正，能够有效保证了修正后行驶曲线与预设行驶曲线准确度，进一步避免了修正后的行驶曲线依旧不匹配导致后续路程偏移，进一步地提高了对智能车行驶路径准确性。
25.进一步地，本发明通过对智能车的平面坐标行驶路径修正完成后，中控模块提取所述数据采集模块采集智能车行驶路径第三坐标z并根据第三坐标z进行判定，能够有效避免了对坐标修正完成后的智能车行驶路径达到的坐标依旧不准确导致智能车出现错误操作，进一步地提高了对智能车行驶路径准确性。
26.进一步地，本发明通过中控模块判定第三坐标偏差时，中控模块计算坡度差值对修正的平面坐标进行再次修正，能够有效保证了修正完成的行驶路径精准性，进一步地提高了对智能车行驶路径准确性。
附图说明
27.图1为本发明实施例智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法的流程图；
28.图2为本发明实施例智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制系统的结构框图；
29.图3为本发明实施例智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制系统的智能车行驶路径曲线示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
31.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
32.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.请参阅图1和图3所示，其分别为本发明实施例智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制系统的结构框图和本发明所述智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制系统的智能车行驶路径曲线示意图，系统包括：
35.数据采集模块，用以对在智能车行驶时间达到预设时间时对行驶路径信息和路径数据进行实时采集；
36.中控模块，与所述数据检测模块相连，用以根据数据采集模块采集结果对智能车行驶路径进行修正，中控模块在智能车行驶时间达到预设时间t时，提取数据采集模块采集的行驶路径信息并根据行驶路径信息形成实际运行曲线f，中控模块将当时段实际运行曲线f1与预设当时段运行曲线f0进行匹配，若中控模块判定当时段实际运行曲线f1与预设当时段运行曲线f0存在偏差，则中控模块针对该偏差对下一时段实际运行路径坐标(x,y，z)进行修正。
37.数据存储模块，与所述中控模块相连，用以对中控模块判定结果进行存储。
38.具体而言，本发明实施例的中控模块对下一时段的实际运行路径进行修正时，首先依据根据当前位置平面坐标(x,y)进行平面修正，然后根据平面修正的结果值(x1,y1)结合该位置的第三坐标z进行坡度修正，形成下一时段的位置修正结果(x，y，z)，下一时段的路径依据该当前位置点将原预设下一时段进平移，形成下一时段路径曲线f12。因此，本发明实施例在每段时间分别对下一路径曲线进行修正，在点位置修正过程中，首先基于平面修正，然后基于坡度进行修正，一方面用以克服现有的修正模式中，不能够结合实际路段的起伏来考虑路径坡度偏差以及结合坡度偏差进行修正的技术缺陷，另一方面，通过对坡度偏差进行修正，也能针对坡度造成的路径延长或者缩短造成的时间不准确的缺陷。
39.具体而言，本发明实施例中，在确定的某一点位置，获取当前的位置信息参数(x,y，z)，本实施例不对获取方式进行限定，本实施例可在中控模块设定横坐标获取单元、纵坐标获取单元以及竖轴坐标获取单元，或者设置为统一的获取单元，本实施例不作限定。本实施例在确定当前的位置信息参数(x,y，z)后，还确定当时段实际运行曲线f1与预设当时段运行曲线f0的第一交叉点位k1，并且根据第一交叉点位k1与当前位置确定第一曲线斜率a1。本实施例中的车辆运行实际曲线与预设曲线设定存在至少一个交叉点位，以使实际运行中，实际曲线能够准确测定并且与预设曲线之间产生交叉，至于本实施例中未考虑其他曲线重叠或者偏差情况，本实施例不作讨论。且，本实施例中，通过对当前时段的实际曲线可模拟延伸该实际曲线，并且，使当前时段的实际曲线与预设曲线产生交叉点。
40.具体而言，本实施例中，中控模块或者其内设置的第一修正单元对平面坐标修正时，根据第一交叉点位k1处的第一曲线斜率a1将智能车实际行驶曲线平面坐标f(x，y)修正至f1(x1，y1)，设定a1＝
△
y/
△
x，其中，
△
y＝|y0-y|，
△
x＝|x0-x|，式中，x0为第一交叉点位k1的横坐标，y0为第一交叉点位k1的纵坐标，本实施例中，实际运行曲线与预设曲线设置在同一坐标体系内，以方便运算。
41.具体而言，本实施例中，中控模块对纵向坐标进行修正时，中控模块根据第一交叉
点位k1的纵坐标减去智能车的实际形式曲线平面的纵坐标y得到纵坐标差值并进行绝对值后乘于第一曲线斜率a1得到修正后的纵坐标y1，表达式为：y1＝︱y0-y︱
×
a1，中控模块对横向坐标进行修正时，中控模块计算第一交叉点位k1的纵向坐标与智能车的实际形式曲线平面的纵坐标y的比例值并进行绝对值后乘于智能车的实际行驶曲线平面的横向坐标x得到修正后的横向坐标x1，表达式为：x1＝︱y0/y︱
×
x。
42.具体而言，所述中控模块对平面坐标修正完成时，中控模块提取所述数据采集模块采集智能车当前行驶路径坐标中第三坐标z并将z与预设第三坐标z0进行对比判定坡度是否进行二次修正，若中控模块判定第三坐标出现偏差，中控模块判定需计算坡度差值对修正的平面坐标f1(x1，y1)进行二次修正；若中控模块判定第三坐标符合，中控模块判定以修正后的f1(x1，y1)为准进行行驶。
43.具体而言，本实施例中，中控模块或其内设置的第二修正单元在平面坐标为交叉点位且需进行二次修正时，根据第一交叉点位k1处的竖轴点位zk将第一次修正完成坐标f1(x1，y1)修正至f2(x2，y2)。
44.具体而言，本实施例中，中控模块进行二次修正时，中控模块将预设时间t与智能车当前点位的预设到达时间t0的差值并在进行绝对值后与智能车当前点位的预设到达时间t0进行对比和乘于预设竖轴坐标z0，表达式为：zk＝(︱t1-t0︱/t0)
×
z0。
45.请参阅图2所示，其为本发明实施例智能车自主行驶路径跟踪的时滞控制方法的流程图，系统包括：
46.步骤s1，中控模块在智能车行驶时间达到预设时间时，提取数据采集模块采集的行驶路径信息并根据行驶路径信息形成实际运行曲线；
47.步骤s2,中控模块将当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线进行匹配，若当时段实际运行曲线与预设当时段运行曲线存在偏差，中控模块判定需对下一时段实际运行路径坐标进行修正；
48.步骤s3,当中控模块对下一时段的实际运行路径进行修正时，中控模块根据当前位置平面坐标进行平面修正；
49.步骤s4,当所述中控模块平面坐标修正完成时，中控模块将第三坐标与预设第三坐标进行对比，若中控模块判定第三坐标出现偏差，中控模块判定需计算坡度差值对修正的平面坐标进行二次修正。
50.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。