路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】即使車(chē)輛遠(yuǎn)離期望路徑，路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀也可導(dǎo)向車(chē)輛。
【專(zhuān)利說(shuō)明】路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)涉及并要求題目為"路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀"的第13/470, 028號(hào)美國(guó)申請(qǐng)的 優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明主要涉及用于車(chē)輛的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004] 與草率的操作相比，根據(jù)精確的期望路徑來(lái)導(dǎo)向農(nóng)用拖拉機(jī)、施工車(chē)輛、礦用卡 車(chē)、軍用坦克或其它大型車(chē)輛通常會(huì)省時(shí)和節(jié)能。精確的農(nóng)用拖拉機(jī)控制，例如，整體來(lái)說(shuō) 給農(nóng)民、消費(fèi)者和社會(huì)帶來(lái)好處。農(nóng)民能夠更高效地勞動(dòng)，且在肥料和殺蟲(chóng)劑上花費(fèi)更少的 錢(qián)。消費(fèi)者享受高質(zhì)量的低價(jià)產(chǎn)品，以及農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)藥的精確使用減少了浪費(fèi)和過(guò)量的污水。
[0005] 能夠高精度、重復(fù)導(dǎo)向農(nóng)用拖拉機(jī)、噴灑車(chē)、收割機(jī)等的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)給農(nóng)場(chǎng)和 農(nóng)藥使用帶來(lái)好處。例如，農(nóng)田通常由90英尺寬或甚至更大的水柵噴霧。當(dāng)使用這么寬的 水柵時(shí)，就需要謹(jǐn)慎以使從一個(gè)噴霧片到下一個(gè)噴霧片重疊幾英尺。然而，該重疊可在拖拉 機(jī)或噴灑車(chē)配備高性能的自動(dòng)駕駛儀時(shí)減小至僅數(shù)英寸。由非雙噴霧片邊緣產(chǎn)生的節(jié)約在 大面積農(nóng)場(chǎng)上迅速增加。
[0006] 現(xiàn)有的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)足以將車(chē)輛保持在預(yù)定路徑上。這些自動(dòng)駕駛儀是基于反 饋控制技術(shù)的以及其可以使大型的農(nóng)用拖拉機(jī)例如遵循航跡誤差在一或兩英寸內(nèi)的線。圖 1A示出了在反饋控制下遵循路徑的車(chē)輛；車(chē)輛105遵循路徑110。當(dāng)航跡誤差XTE小于車(chē) 輛軸距b時(shí)，該車(chē)輛處于小信號(hào)機(jī)制或"靠近"期望路徑。
[0007] 當(dāng)車(chē)輛遠(yuǎn)離期望路徑時(shí)，反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀表現(xiàn)不好。出現(xiàn)這樣的常見(jiàn)情況包括從 很遠(yuǎn)的地方加入路徑或者在路徑的末端調(diào)轉(zhuǎn)方向以加入附近的路徑。圖1B示出了具有可 能的路徑125的車(chē)輛，該路徑125可以由在大信號(hào)機(jī)制下使用小信號(hào)反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀引起。 通過(guò)反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀將車(chē)輛115向路徑120導(dǎo)向。當(dāng)航跡誤差大于車(chē)輛軸距時(shí)，該車(chē)輛處 于大信號(hào)機(jī)制或離期望路徑"遠(yuǎn)"。
[0008] 針對(duì)常規(guī)的反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀，存在小信號(hào)機(jī)制下的性能和大信號(hào)機(jī)制下的可接受 行為之間的權(quán)衡。例如，在小信號(hào)機(jī)制下保持小航跡誤差的高反饋增益可導(dǎo)致陡峭的接近 期望路徑并在加入如圖1B所示的路徑時(shí)發(fā)生振蕩。常規(guī)的自動(dòng)駕駛儀在遭遇與期望路徑 之間的大偏差時(shí)，通過(guò)調(diào)用啟發(fā)式的限制來(lái)避免不良的大信號(hào)行為。這些限制意味著大信 號(hào)導(dǎo)向并非想象的那樣有效。
[0009] 在以上例子中，軸距作為特征長(zhǎng)度尺度的例子用來(lái)區(qū)分小信號(hào)機(jī)制和大信號(hào)機(jī) 制。也可以使用其它特征長(zhǎng)度，例如，在特征自動(dòng)駕駛儀響應(yīng)時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離。通常，小 信號(hào)機(jī)制是指車(chē)輛自動(dòng)駕駛儀表現(xiàn)為線性的時(shí)不變系統(tǒng)的任何情況。另一方面，大信號(hào)機(jī) 制是指出現(xiàn)非線性行為（例如，轉(zhuǎn)向角限值或轉(zhuǎn)向角變化率限值）的情況。
[0010] 不管車(chē)輛靠近或遠(yuǎn)離期望路徑，都需要能夠提供高性能導(dǎo)向的車(chē)輛自動(dòng)駕駛儀。 該自動(dòng)駕駛儀應(yīng)該不僅將車(chē)輛保持在路徑上，而且應(yīng)該從任何起始點(diǎn)將車(chē)輛有效地導(dǎo)向以 加入路徑。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1A示出了在反饋控制下遵循路徑的車(chē)輛。
[0012] 圖1B示出了具有可能的路徑的車(chē)輛，該路徑可以由在大信號(hào)機(jī)制下使用小信號(hào) 反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀引起。
[0013] 圖2A示出了具有在任意位置（x，y)、航向（Φ)和曲率（Θ)的特征的車(chē)輛；以及 用于車(chē)輛遵循的期望路徑。
[0014] 圖2B示出了遵循規(guī)劃路徑以加入期望路徑的車(chē)輛。
[0015] 圖3示出了對(duì)牽引場(chǎng)地邊界內(nèi)的器械的拖拉機(jī)規(guī)劃的掉頭路徑。
[0016] 圖4是包含反饋控制器和前饋控制器的路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀的框圖。
[0017] 圖5是基于路徑規(guī)劃算法的反饋控制系統(tǒng)的框圖。
[0018] 圖6是在反饋模式下的反饋和前饋控制系統(tǒng)的框圖。
[0019] 圖7是在結(jié)合的反饋和前饋模式下的反饋和前饋控制系統(tǒng)的框圖。
[0020] 圖8是受約束的雙積分器系統(tǒng)的反饋圖。
[0021] 圖9是表示在從受約束的所有可能的航向和曲率的初始條件下轉(zhuǎn)向期間行進(jìn)的 航跡距離的表面的圖。
[0022] 圖10A示出了用于車(chē)輛加入直線期望路徑的示例路徑。
[0023] 圖10B示出了圖10A所示的路徑中時(shí)間與u、Θ和φ的關(guān)系。
[0024] 圖11示出了兩個(gè)示例性加入路徑。
[0025] 圖12是在迭代路徑規(guī)劃方法中使用的曲率與時(shí)間或距離的關(guān)系的第一示意圖。
[0026] 圖13是在迭代路徑規(guī)劃方法中使用的曲率與時(shí)間或距離的關(guān)系的第二示意圖。
[0027] 圖14是在迭代路徑規(guī)劃方法中最終航跡誤差與迭代次數(shù)的關(guān)系的示例性示意 圖。
[0028] 圖15A至圖15D示出了掉頭路徑。
[0029] 圖16A和圖16B示出了速度依賴(lài)于曲率限值和曲率變化率限值的示意圖。
[0030] 圖17示出了對(duì)彎曲的期望路徑的接近。
[0031] 圖18A和圖18B示出了不一定最佳的加入路徑。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 簡(jiǎn)介
[0033] 以下描述的路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀與常規(guī)自動(dòng)駕駛儀相比提供了更復(fù)雜的車(chē)輛導(dǎo) 向。圖2A示出了在由任意位置（x，y)、航向（Φ)和曲率（Θ)限定的配置下的車(chē)輛205 ; 以及用于車(chē)輛要遵循的期望路徑210。路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀創(chuàng)建了使車(chē)輛從任意初始配置 (y，Φ，Θ )移動(dòng)至期望路徑的有效加入路徑。初始配置可以靠近或遠(yuǎn)離期望路徑。例如，圖 2B示出了遵循規(guī)劃路徑220的車(chē)輛215要加入期望路徑225。
[0034] 與常規(guī)自動(dòng)駕駛儀不同，路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀提供對(duì)約束（例如最大允許轉(zhuǎn)向角 或最大轉(zhuǎn)向角變化率）的直接控制。這些約束可以是車(chē)速的函數(shù)。路徑規(guī)劃技術(shù)可作為反 饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀的補(bǔ)充前饋能力來(lái)實(shí)現(xiàn)或可替代所有反饋。
[0035] 許多高級(jí)策略可應(yīng)用于路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀。可以以高達(dá)指定的最大角例如 α (圖2B中虛線230和期望路徑225之間的角）加入路徑。可以以特定的方向（在掉頭中 使用的能力）加入期望路徑。圖3示出了對(duì)在場(chǎng)地邊界315內(nèi)牽引器械310的拖拉機(jī)305 所規(guī)劃的掉頭路徑。規(guī)劃路徑320被設(shè)計(jì)成保持器械310與邊界之間的距離大于器械寬度 的一半（W)。規(guī)劃路徑320在與拖拉機(jī)當(dāng)前的航向相反的方向上加入期望路徑325。
[0036] 系統(tǒng)概述
[0037] 路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀計(jì)算用于車(chē)輛要遵循的有效路徑。該自動(dòng)駕駛儀使用純反饋 或結(jié)合前饋和反饋的控制結(jié)構(gòu)來(lái)沿著該路徑導(dǎo)向車(chē)輛。描述了兩種不同的用于計(jì)算有效路 徑的方法。
[0038] 說(shuō)明路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀的用處的典型場(chǎng)景是加入期望路徑。例如，在農(nóng)業(yè)上，拖 拉機(jī)操作者會(huì)希望加入用于種植、噴霧或收割的預(yù)定的直線。不要求在任何特定的位置處 加入該直線。反之，操作者會(huì)只是想在舒適操作的約束下以最短的時(shí)間加入該直線。
[0039] 將車(chē)輛從其初始位置導(dǎo)向到期望直線的加入路徑具有連續(xù)的曲率，該曲率被限制 為小于最大的曲率限值。這意味著加入路徑?jīng)]有急轉(zhuǎn)彎且考慮了在車(chē)輛如何快速改變其曲 率和航向上的實(shí)際限制。
[0040] 對(duì)于輪式車(chē)輛，曲率由車(chē)輪轉(zhuǎn)向角和軸距來(lái)確定。路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀可以與具 有兩個(gè)可轉(zhuǎn)向的車(chē)輪和兩個(gè)或更多個(gè)固定的車(chē)輪的類(lèi)似卡車(chē)的車(chē)輛、中心鉸鏈車(chē)輛、履帶 式車(chē)輛、三輪車(chē)等一起使用。一些車(chē)輛控制系統(tǒng)接受曲率作為直接輸入而不接受轉(zhuǎn)向角作 為直接輸入。
[0041] 在假設(shè)車(chē)速恒定的情況下計(jì)算加入路徑。每當(dāng)速度改變時(shí)，可以重新計(jì)算加入路 徑，或者，不管車(chē)速是否改變，周期性地重新計(jì)算加入路徑。
[0042] 加入路徑被構(gòu)建成一系列直線段、圓形段和回旋曲線段。回旋曲線用作加入不同 的恒定曲率的段；例如加入直線和圓弧。回旋曲線的曲率隨著曲線長(zhǎng)度而線性改變。回旋 曲線也稱(chēng)為歐拉（Euler)螺旋線或科紐（Cornu)螺旋線。也可使用對(duì)回旋曲線的合理近似。
[0043] 圖4是包含反饋控制器和前饋控制器的路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀的框圖。該自動(dòng)駕駛 儀包括具有反饋控制器、前饋控制器、處理器和存儲(chǔ)器的主單元405。該主單元的功能塊可 由通用微處理器、專(zhuān)用集成電路、或兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0044] 該主單元接收來(lái)自GNSS (全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）接收器410和傳感器415的輸入。 該主單元發(fā)送輸出給執(zhí)行器420。GNSS接收器410可使用來(lái)自全球定位系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)、北斗/指南針或類(lèi)似的衛(wèi)星星座的任意組合的信號(hào)。該接收器可使用由廣域增強(qiáng) 系統(tǒng)和/或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)提供的微分校正來(lái)提高精確度。該接收器為主單元提供定期 的位置、速度和時(shí)間的更新。
[0045] 傳感器415包括報(bào)告車(chē)輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向傳感器和向主單元報(bào)告報(bào)告車(chē)輛航向的 航向傳感器。航向可由GNSS和慣性測(cè)量的結(jié)合來(lái)感測(cè)。轉(zhuǎn)向角可由放置在轉(zhuǎn)向連桿上的 機(jī)械傳感器或轉(zhuǎn)向連桿的慣性測(cè)量來(lái)感測(cè)。如果單獨(dú)從GNSS測(cè)量值估算車(chē)輛蹤跡的航向 和曲率，則也可以省略傳感器415。
[0046] 執(zhí)行器420包括用來(lái)操縱車(chē)輛的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。轉(zhuǎn)向執(zhí)行器可以轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向輪 或方向盤(pán)、或者其可以直接控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在一些車(chē)輛上，轉(zhuǎn)向執(zhí)行器操作液壓閥來(lái)控制轉(zhuǎn) 向連桿而無(wú)需移動(dòng)操作者的轉(zhuǎn)向輪。
[0047] 路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀可包括許多其它功能、傳感器和執(zhí)行器。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖4中 僅包含與路徑規(guī)劃操作相關(guān)的功能、傳感器和執(zhí)行器。顯示和用戶(hù)輸入設(shè)備是在圖4中省 略的部件的例子。例如，用戶(hù)輸入對(duì)系統(tǒng)調(diào)整是必要的。圖4的系統(tǒng)可在不同的模式（圖 5、圖6和圖7中示出了其中的三種模式）下運(yùn)行。
[0048] 路徑規(guī)劃自動(dòng)駕駛儀可在反饋控制系統(tǒng)中使用路徑規(guī)劃技術(shù)或者其可在結(jié)合的 反饋/前饋控制系統(tǒng)中使用路徑規(guī)劃。圖5是基于路徑規(guī)劃算法的反饋控制系統(tǒng)的框圖。 在圖5中，反饋控制器505通過(guò)向車(chē)輛510發(fā)送曲率變化率（u)或曲率（Θ)命令信號(hào)來(lái)控 制車(chē)輛510。由GNSS接收器、航向傳感器和/或其它傳感器測(cè)量的實(shí)際車(chē)輛航向（Φ)和航 跡誤差（y)，與期望的曲率、航向和蹤跡（θ，Φ， 7)相結(jié)合，以對(duì)控制器505形成誤差信號(hào)。
[0049] 以下詳細(xì)描述由控制器505確定u或Θ的方法。在這一點(diǎn)上可以說(shuō)，控制器重復(fù) 計(jì)算加入路徑以將車(chē)輛從其當(dāng)前位置導(dǎo)向至期望路徑，以及產(chǎn)生使車(chē)輛遵循加入路徑的控 制命令。該控制器并不基于常規(guī)的比例積分微分（PID)技術(shù)。
[0050] 圖6和圖7分別是在反饋模式以及結(jié)合的反饋和前饋模式下的反饋和前饋控制系 統(tǒng)的框圖。在圖6和圖7中，反饋控制器605通過(guò)向車(chē)輛610發(fā)送曲率（Θ)命令來(lái)控制車(chē) 輛610 (可替選地，反饋控制器615可向車(chē)輛發(fā)送曲率變化率（u)命令）。由GNSS接收器、 航向傳感器和/或其它傳感器測(cè)量的實(shí)際車(chē)輛航向（Φ)和航跡誤差（y)，與期望路徑620 的參數(shù)相結(jié)合，以對(duì)控制器605形成誤差信號(hào)。與反饋控制器505不同，反饋控制器605可 以是常規(guī)的PID控制器。
[0051] 在圖6和圖7中，實(shí)線箭頭表示有效的信號(hào)路徑，而虛線箭頭表示關(guān)閉的信號(hào)路 徑。因此，在圖6中，反饋控制器利用由測(cè)量的路徑和期望路徑之間的差異導(dǎo)出的誤差信號(hào) 來(lái)生成反饋控制信號(hào)Θ ΡΒ。在車(chē)輛接近期望路徑時(shí)可使用該模式。
[0052] 當(dāng)車(chē)輛遠(yuǎn)離期望路徑時(shí)，控制系統(tǒng)切換至圖7所示的模式。車(chē)輛遠(yuǎn)離期望路徑的 典型情形是在車(chē)輛被設(shè)立在該路徑上之前占用自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)時(shí)。例如，已經(jīng)在農(nóng)田上形 成一組平行地帶以導(dǎo)向拖拉機(jī)，以及拖拉機(jī)操作者可能希望自動(dòng)駕駛儀導(dǎo)向拖拉機(jī)到最近 的地帶。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，路徑加入規(guī)劃器615計(jì)算從車(chē)輛的當(dāng)前位置到期望路徑的有 效路徑。
[0053] 路徑加入規(guī)劃器615計(jì)算加入路徑以將車(chē)輛導(dǎo)向到期望路徑，并提供與反饋控制 信號(hào)9 FB相結(jié)合的前饋控制信號(hào)9FF以導(dǎo)向車(chē)輛610。為了反饋控制器605的目的，加入 路徑是直到到達(dá)初始期望路徑620的期望路徑。因此，在此期間由路徑加入規(guī)劃器導(dǎo)出反 饋參考信號(hào)（Φ，7)。該路徑加入規(guī)劃器是結(jié)合圖4描述的前饋機(jī)構(gòu)。以下詳細(xì)描述由前饋 路徑加入規(guī)劃器所用的方法。
[0054] 可替選地，一旦路徑加入規(guī)劃器615計(jì)算加入路徑，繼續(xù)到初始期望路徑（從加入 路徑與初始期望路徑相遇的點(diǎn)開(kāi)始）的加入路徑就可變?yōu)樾碌钠谕窂健Ｓ谑牵梢詠G棄 在加入路徑與初始期望路徑相遇的點(diǎn)之前的初始期望路徑。
[0055] 具有類(lèi)似于如圖6和圖7的路徑規(guī)劃、反饋和前饋控制系統(tǒng)的路徑規(guī)劃、反饋和前 饋控制系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀可以使用開(kāi)關(guān)以在模式之間交替。該模式基于車(chē)輛與期望路徑 620的距離來(lái)選擇；靠近該路徑時(shí)使用反饋控制，遠(yuǎn)離該路徑時(shí)使用結(jié)合的前饋和反饋控 制。決定"近"和"遠(yuǎn)"的準(zhǔn)則可以基于特征長(zhǎng)度，例如車(chē)輛軸距或在特征響應(yīng)時(shí)間內(nèi)行進(jìn) 的距離、或可以基于是否達(dá)到轉(zhuǎn)向角限值或轉(zhuǎn)向角變化率限值。
[0056] 可替選地，控制系統(tǒng)可在圖7所示的模式下連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)車(chē)輛靠近期望路徑（620) 時(shí)，來(lái)自路徑加入規(guī)劃器的輸出信號(hào)小以及可對(duì)反饋控制系統(tǒng)產(chǎn)生微不足道的實(shí)際影響。 因此，路徑加入規(guī)劃器可保持一直在線。
[0057] 圖5至圖7示出，測(cè)量數(shù)據(jù)（Φ，7)與期望路徑數(shù)據(jù)結(jié)合，然后被發(fā)送給反饋控制 器505或605。然而，可替選地，測(cè)量數(shù)據(jù)在與期望路徑數(shù)據(jù)結(jié)合之前，其可由觀測(cè)器（例如 卡爾曼濾波器）估測(cè)。
[0058] 以下詳細(xì)描述兩種不同的用于計(jì)算有效加入路徑的方法：積分方法和迭代方法。 首先在規(guī)劃路徑加入直線y = 〇方面描述各方法。然后討論加入曲線的擴(kuò)展。在表1中定 義了在以下討論中使用的符號(hào)。

【權(quán)利要求】
1. 一種用于將車(chē)輛導(dǎo)向到期望路徑的方法，包括： 創(chuàng)建從初始車(chē)輛配置到所述期望路徑的加入路徑，所述加入路徑包括第一最佳轉(zhuǎn)彎； 以及， 使用自動(dòng)駕駛儀以沿著所述加入路徑引導(dǎo)所述車(chē)輛。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加入路徑還包括在所述第一最佳轉(zhuǎn)彎之前的 直線。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加入路徑還包括在所述第一最佳轉(zhuǎn)彎之后的 第二最佳轉(zhuǎn)彎。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加入路徑還包括在所述第一最佳轉(zhuǎn)彎之后的 直線和在所述直線之后的第二最佳轉(zhuǎn)彎。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一最佳轉(zhuǎn)彎包括第一回旋曲線。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一最佳轉(zhuǎn)彎還包括在所述第一回旋曲線之 前的圓弧。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一最佳轉(zhuǎn)彎還包括在所述第一回旋曲線之 后的第二回旋曲線。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一最佳轉(zhuǎn)彎還包括在所述第一回旋曲線之 后的圓弧和在所述圓弧之后的第二回旋曲線。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述期望路徑是直線。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述加入路徑離所述直線不超過(guò)最大角Φ_。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大曲率θ_。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大曲率變化率μ。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，創(chuàng)建加入路徑包括： 在從所述初始車(chē)輛配置到具有平行于所述期望路徑的航向和零曲率的配置的最佳轉(zhuǎn) 彎期間，計(jì)算垂直于所述期望路徑所穿過(guò)的距離3#,,,氏），其中Φ〇和叭是所述初始車(chē)輛 配置中所述車(chē)輛的航向和曲率；以及， 如果所述初始車(chē)輛配置中相對(duì)于所述期望路徑的所述車(chē)輛的航跡誤差等于] 則計(jì)算從所述初始車(chē)輛配置到所述期望路徑的所述第一最佳轉(zhuǎn)彎。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括，如果Φ。等于最大接近角Φ_且0。= 〇,則 使航向?yàn)棣怠５闹本€在所述第一最佳轉(zhuǎn)彎的前面。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，創(chuàng)建加入路徑包括： 計(jì)算從所述初始車(chē)輛配置到相對(duì)于所述期望路徑以最大角Φ_傾斜的直線的所述第 一最佳轉(zhuǎn)彎； 繼續(xù)所述直線直到到達(dá)在到具有平行于所述期望路徑的航向和零曲率的配置的最佳 轉(zhuǎn)彎期間垂直于所述期望路徑所穿過(guò)的距離？其中Φ和Θ是所述車(chē)輛的航向和曲 率；以及， 計(jì)算從所述直線到所述期望路徑的第二最佳轉(zhuǎn)彎。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，創(chuàng)建加入路徑包括： 計(jì)算從所述初始車(chē)輛配置到相對(duì)于所述期望路徑以最大角φ_傾斜的直線的所述第 一最佳轉(zhuǎn)彎；以及， 計(jì)算從所述第一最佳轉(zhuǎn)彎上的點(diǎn)到所述期望路徑的第二最佳轉(zhuǎn)彎。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述點(diǎn)距離所述期望路徑為，其中]#，的 是在到具有平行于所述期望路徑的航向和零曲率的配置的最佳轉(zhuǎn)彎期間垂直于所述期望 路徑所穿過(guò)的距離，其中Φ和Θ是所述車(chē)輛的航向和曲率。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在車(chē)速改變時(shí)，創(chuàng)建從當(dāng)前車(chē)輛配置到所述期望路徑的新的加入路徑。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在最大的允許航向Φ_改變時(shí)，創(chuàng)建從當(dāng)前車(chē)輛配置到所述期望路徑的新的加入路 徑。
20. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在最大的允許曲率Θ _改變時(shí)，創(chuàng)建從當(dāng)前車(chē)輛配置到所述期望路徑的新的加入路 徑。
21. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在最大的允許曲率變化率μ改變時(shí)，創(chuàng)建從當(dāng)前車(chē)輛配置到所述期望路徑的新的加 入路徑。
22. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 定期創(chuàng)建從當(dāng)前車(chē)輛配置到所述期望路徑的新的加入路徑。
23. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述自動(dòng)駕駛儀包括反饋控制器和前饋路徑加入 規(guī)劃器。
24. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自動(dòng)駕駛儀包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS接收 器。
25. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自動(dòng)駕駛儀包括車(chē)輛航向傳感器。
26. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自動(dòng)駕駛儀包括車(chē)輛轉(zhuǎn)向角傳感器。
27. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自動(dòng)駕駛儀包括車(chē)輛轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。
28. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自動(dòng)駕駛儀包括微處理器和存儲(chǔ)器。
29. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述初始車(chē)輛配置包括初始航向和近似零曲率， 所述期望路徑是平行于所述初始航向但具有與所述初始航向相差180度的航向的直線，以 及所述加入路徑被構(gòu)建成使其保持在垂直于所述期望路徑的邊界內(nèi)。
30. -種用于將車(chē)輛導(dǎo)向到期望路徑的方法，包括： 創(chuàng)建從初始車(chē)輛配置到所述期望路徑的加入路徑，所述加入路徑包括在第一方向上的 第一轉(zhuǎn)彎和在與所述第一方向相反的第二方向上的第二轉(zhuǎn)彎；以及， 使用自動(dòng)駕駛儀以沿著所述加入路徑引導(dǎo)所述車(chē)輛。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述期望路徑是直線。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述加入路徑離所述直線不超過(guò)最大角Φ_。
33. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大曲率θ_。
34. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大曲率變化率μ。
35. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述加入路徑還包括直線。
36. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述加入路徑具有末端，在該末端處所述加入路 徑和所述期望路徑具有相同的航向和曲率，且這兩個(gè)路徑之間的航跡誤差最小。
37. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述第一轉(zhuǎn)彎包括回旋曲線。
38. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述第二轉(zhuǎn)彎包括回旋曲線。
39. -種用于將車(chē)輛導(dǎo)向到期望路徑的方法，包括： 創(chuàng)建從初始車(chē)輛配置到與所述期望路徑相切的直線的第一加入路徑，所述直線在所述 期望路徑上與所述初始車(chē)輛配置最近的點(diǎn)處相切，所述加入路徑包括第一最佳轉(zhuǎn)彎； 自所述第一加入路徑上的點(diǎn)重復(fù)以上步驟以建立整體連續(xù)曲率的加入路徑，所述整體 連續(xù)曲率的加入路徑在足夠靠近所述期望路徑處結(jié)束，使得能夠使用反饋技術(shù)來(lái)將所述車(chē) 輛從所述整體加入路徑的末端導(dǎo)向到所述期望路徑；以及， 使用自動(dòng)駕駛儀以沿著所述加入路徑引導(dǎo)所述車(chē)輛。
40. -種車(chē)輛自動(dòng)駕駛儀，包括： 微處理器和存儲(chǔ)器； 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS接收器，所述GNSS接收器提供車(chē)輛位置、速度和時(shí)間估計(jì)給所 述微處理器； 反饋控制器和前饋控制器，所述反饋控制器基于測(cè)量的航向和y偏移數(shù)據(jù)和期望路徑 生成車(chē)輛曲率命令，所述前饋控制器基于計(jì)算的從所述車(chē)輛位置到所述期望路徑的加入路 徑生成車(chē)輛曲率命令；以及， 車(chē)輛轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。
41. 如權(quán)利要求40所述的自動(dòng)駕駛儀，其中，所述反饋控制器和所述前饋控制器位于 所述微處理器內(nèi)。
42. 如權(quán)利要求40所述的自動(dòng)駕駛儀，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大的允許曲率 ΘΜΧ。
43. 如權(quán)利要求42所述的自動(dòng)駕駛儀，其中，所述最大的允許曲率θ_是根據(jù)車(chē)輛運(yùn) 行期間記錄的數(shù)據(jù)估計(jì)得到的。
44. 如權(quán)利要求40所述的自動(dòng)駕駛儀，其中，所述加入路徑不超過(guò)最大的允許曲率變 化率μ。
45. 如權(quán)利要求44所述的自動(dòng)駕駛儀，其中，所述最大的允許曲率變化率μ是根據(jù)車(chē) 輛運(yùn)行期間記錄的數(shù)據(jù)估計(jì)得到的。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK104303123SQ201380024793
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】J·W·皮克, S·普雷尼斯 申請(qǐng)人:天寶導(dǎo)航有限公司