CN112486156B - 一种车辆自动循迹控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑时间延迟的车辆自动循迹控制系统及方法，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；所述控制方法无需提前获知全局路径点的坐标，仅需建立车辆局部坐标系，获取车辆与虚拟轨道的相对位置，即可通过车辆运动学模型和延迟预测模型计算出车辆在延迟后的位置信息，进而获得期望方向盘转角，从而实现车辆头轴精确跟随虚拟轨道行驶，在减少设备成本的同时提高了循迹控制的精度和稳定性。

Description

一种车辆自动循迹控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及车辆自动导航技术领域，具体为一种考虑时间延迟的车辆自动循迹控制系统及方法。

背景技术

驾驶员驾驶车辆时，总是目视前方一定距离的某个位置(预瞄位置)实时调整方向盘，自动循迹控制就是模拟这种驾驶行为，借助图像识别方式，获取车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的距离偏差和航向角偏差信息，自动跟随地面虚拟轨道行驶。

在实践中，来自车辆计算机的转向信号和方向盘的转向操作之间往往存在延迟，尤其是对于具有多节车厢的车辆，存在200-500ms的延迟。在延迟时间内继续行驶将导致车辆与虚拟轨道中心线之间产生较大的横向偏差，特别在高速行驶情况下，会造成车辆蛇形摆动，甚至失去控制。然而，减小或消除车辆机械硬件方面的延迟是非常困难的，因此需要一种考虑到时间延迟的自动循迹控制方法，使得车辆路径跟踪更加稳定。

现有的考虑时间延迟的路径跟踪控制方法，必须安装GPS全球卫星导航定位系统以提前获知全局路径点的坐标，以此作为输入才能求解出车辆前轮转角控制量。而GPS定位系统易受到高层建筑物的遮挡，在城市环境下应用时，无法保障定位精度。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种考虑时间延迟的车辆自动循迹控制系统及控制方法。

本发明第一方面提出了一种基于虚拟轨道的车辆自动循迹控制系统，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；

所述定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入所述定位信息识别单元；

所述定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元；

所述车辆位置计算单元用于通过车辆实时反馈的前后轮转角和车速，求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入所述路径偏差计算单元；

所述路径偏差计算单元用于通过所述车辆预测位置信息和所述初始路径偏差信息求得延迟时间t后的等效路径偏差信息，并将所述等效路径偏差信息传入PID控制单元；

所述PID控制单元用于通过所述等效路径偏差信息求得车辆前轮转角控制量，并将所述车辆前轮转角控制量传入转向控制单元；

所述转向控制单元用于控制车辆执行转向。

优选地，所述车辆位置计算单元进一步包括车辆运动学模型计算单元和延迟预测模型计算单元，其中所述车辆运动学模型计算单元用于通过车辆实时反馈的车辆前轮转角δ_f和后轮转角δ_r求得车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R；所述延迟预测模型计算单元用于通过所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，以及车辆实时反馈的车速V和车辆前轮转角δ_f求得延迟时间t后的车辆预测位置信息。

优选地，所述定位信息获取单元采用摄像头采集方式，或磁钉导航方式，或激光雷达感知定位方式。

本发明第二方面提出了一种用于上述车辆自动循迹控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、采集所述车辆与虚拟轨道的相对定位信息；

步骤2、对所述相对定位信息进行识别处理后得到当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息；

步骤3、计算出延迟时间t后的车辆预测位置；

步骤4、基于所述车辆预测位置和所述初始路径偏差信息，求得延迟时间t后车辆预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)；

步骤5、对所述距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)分别进行PID控制，得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)；

步骤6、控制车辆执行转向。

优选地，所述步骤2进一步包括：对所述相对定位信息进行识别处理后得到基于车辆局部坐标系的初始虚拟轨道中心线方程y(x)＝A₃x³+A₂x²+A₁x+A₀ (1)

其中，坐标系原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧；初始方程系数A₀-A₃即为所述初始路径偏差信息，其中A₀表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A₁表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A₂表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A₃表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率。

优选地，所述初始虚拟轨道中心线方程是通过对所述相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到。

优选地，所述步骤3进一步包括：

步骤31、基于车辆运动学模型计算出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f和车辆后轮转角δ_r代入公式(5)，求出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

步骤32、基于延迟预测模型计算出延迟时间t后车辆预测位置的坐标N(x_n,y_n)：

将所述车辆质心处转弯半径R、车辆质心侧偏角β和车辆前轮转角δ_f代入公式(7)，求出车辆前轴中心转弯半径R_f；

将公式(7)中求出的车辆前轴中心转弯半径R_f，以及车辆速度V、延迟时间t、车辆质心侧偏角β代入公式(8)，求出车辆当前位置到预测位置N(x_n,y_n)行驶轨迹的弦长l_s；

将公式(7)和公式(8)中求出的转弯半径R_f和弦长l_s代入公式(10)，求出预测位置N(x_n,y_n)的坐标；

优选地，所述步骤4进一步包括：

步骤41：求得基于所述车辆预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f、车辆后轮转角δ_r、车辆质心侧偏角β、车辆速度V以及延迟时间t代入公式(11)，求出延迟时间t内车辆的航向角变化量

设当前车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为B，延迟时间t后的车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为A，A点在当前车辆前轴延长线上的投影点为E，所述虚拟轨道中心线在B点的切线与AB之间连线的夹角为θ，则BE、AE、θ的值由公式(15)求解得到：

将公式(15)中求得的BE、AE、θ值代入公式(16)，得到基于所述预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程系数A₀'-A₃'：

从而得到基于所述预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程为

y(x)＝A'₃x³+A'₂x²+A'₁x+A'₀ (17)

步骤42：将预瞄距离l作为x变量值代入公式(17)，得到预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)为：

优选地，所述预瞄距离l能够自适应速度的变化，满足：

式(19)中，V_max为车辆速度上限值，V_min为车辆速度下限值，l_max为最大预瞄距离，l_min为最小预瞄距离，T为预瞄时间。

优选地，所述步骤5进一步包括：将所述距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)代入公式(20)，求出距离偏差PID控制的控制量u_cte(k)和角度偏差PID控制的控制量u_ha(k)

式(20)中，分别为距离偏差PID控制的比例、积分、微分系数；/>分别为角度偏差PID控制的比例、积分、微分系数；将公式(20)中求出的u_cte(k)和u_ha(k)代入公式(21)，得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)：

δ_f(k)＝u_cte(k)+u_ha(k) (21)

优选地，所述相对定位信息通过摄像头采集，或通过磁钉导航方式采集，或通过激光雷达采集。

本发明无需提前获知全局路径点的坐标，仅需建立车辆局部坐标系，获取车辆与虚拟轨道的相对位置，即可预测车辆在延迟后的位置信息，进而获得期望方向盘转角，实现车辆头轴精确跟随虚拟轨道行驶，在减少设备成本的同时提高了循迹控制的精度和稳定性。

附图说明

本发明的以上内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1为本发明实施例中的车辆自动循迹控制系统框架图；

图2为本发明实施例中的车辆自动循迹控制方法流程图；

图3为本发明实施例中的车辆局部坐标系示意图；

图4为本发明实施例中的车辆运动学模型示意图；

图5为本发明实施例中的车辆延迟预测模型示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明实施例中的一种基于虚拟轨道的车辆自动循迹控制系统，包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元。

其中，定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入定位信息识别单元。定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元。车辆位置计算单元包括车辆运动学模型计算单元和延迟预测模型计算单元，其中车辆运动学模型计算单元用于通过车辆实时反馈的车辆前轮转角δ_f和后轮转角δ_r求得车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，并将所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R传入延迟预测模型计算单元；延迟预测模型计算单元用于通过所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，以及车辆实时反馈的车速V和车辆前轮转角δ_f求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入路径偏差计算单元。路径偏差计算单元用于通过所述车辆预测位置信息和所述初始路径偏差信息求得延迟时间t后的等效路径偏差信息，并将所述等效路径偏差信息传入PID控制单元。PID控制单元用于通过所述等效路径偏差信息求得车辆前轮转角控制量，并将所述车辆前轮转角控制量传入转向控制单元。转向控制单元用于控制车辆执行转向。

进一步地，上述定位信息获取单元可采用摄像头采集方式，即通过图像识别导航方式进行循迹控制，也可采用其他相对定位的方式，例如可以是磁钉导航方式，或激光雷达感知定位方式。

进一步地，上述自动循迹控制系统还包括人机交互界面，用于显示车辆循迹的状态信息和故障信息。

进一步地，上述自动循迹控制系统还包括循迹开关，用于启动或关闭自动循迹功能。

本发明实施例还提供了一种应用于上述车辆自动循迹控制系统的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、采集车辆与虚拟轨道的相对定位信息；

步骤2、对所述相对定位信息进行识别处理后得到当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息；

步骤3、计算出延迟时间t后的车辆预测位置；

步骤4、基于所述车辆预测位置和所述初始路径偏差信息，求得延迟时间t后车辆预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)；

步骤5、对所述距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)分别进行PID控制，得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)；

步骤6、控制车辆执行转向。

上述步骤2进一步包括：

对采集到的相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到基于车辆局部坐标系Oxy的初始虚拟轨道中心线方程

y(x)＝A₃x³+A₂x²+A₁x+A₀； (1)

如图3所示，坐标系Oxy的原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧(图3中为车辆右侧)。初始方程系数A₀-A₃为初始路径偏差信息，其中A₀表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A₁表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A₂表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A₃表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率。建立上述曲线拟合方程的前提条件是，车辆初始航向与虚拟轨道中心线切线方向的偏差角度较小。

将车辆前视预瞄距离l代入公式(1)，则车辆在预瞄距离l处的距离偏差可表示为：

式(2)中，y(l)包含y_v(l)和y_c(l)两部分，前者是由车辆前轮转角和车辆距车道线的横向距离偏差引起，后者是由道路曲率变化引起的。

上述步骤3进一步包括：

步骤31、基于车辆运动学模型计算出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

图4示出了本发明实施例中采用的车辆运动学模型，其为一种简化的考虑前、后轮转向的车辆运动学自行车模型，将轮胎视为刚性轮，而不考虑轮胎与地面的侧滑。如图4所示，设车辆前轴中心为A，后轴中心为B，质心为C，转弯中心为Q，车辆质心C至车辆前轴中心A的距离为l_f，车辆质心C至车辆后轴中心B的距离为l_r，车辆前轮转角为δ_f，车辆后轮转角为δ_r，车辆质心侧偏角为β，车辆质心处转弯半径为R，车辆航向角为ψ，车辆车速为V。其中，前轮转角δ_f和后轮转角δ_r由液压转向控制系统计算得到；车辆质心至前轴、后轴的距离l_f和l_r由尺寸测量得到。

根据正弦定理，由三角形QCA可得：

由三角形QCB可得：

结合公式(3)和(4)得出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R为：

进而得到车辆航向角ψ：

步骤32、基于延迟预测模型计算出延迟时间t后车辆预测位置的坐标N(x_n,y_n)：

如图5所示，以当前车辆前轴中心M为坐标原点建立局部坐标系Mxy，其中x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧(图5中为车辆左侧)，设延迟时间t后车辆预测位置为N(x_n,y_n)。该模型假定车辆在延迟时间t内以恒定的速度V移动，并且车轮角度(δ_f，δ_r)不变。

设车辆前轴中心转弯半径为R_f，转弯中心为Q’，车辆当前位置到延迟后预测位置N(x_n,y_n)的行驶轨迹的弦长为l_s，将公式(5)求出的车辆质心处转弯半径R、车辆质心侧偏角β，以及车辆前轮转角δ_f代入公式(7)，求出车辆前轴中心转弯半径R_f：

将公式(7)中求出的车辆前轴中心转弯半径R_f，以及车辆速度V、延迟时间t、车辆质心侧偏角β代入公式(8)，求出车辆当前位置到预测位置N(x_n,y_n)行驶轨迹的弦长l_s：

再根据图5中三角形MQ’N的几何关系

得到预测位置N(x_n,y_n)的坐标为

将公式(7)和公式(8)中求出的转弯半径R_f和弦长l_s代入公式(10)，即可求出预测位置N(x_n,y_n)的坐标。

上述步骤4进一步包括：

步骤41：求得基于所述车辆预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程：

首先根据车辆运动学公式(6)，得到延迟时间t内车辆的航向角变化量

如图5所示，设当前车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为B，预测位置N(x_n,y_n)处的车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为A，A点在BM连线上的投影点为E，N点在BM连线上的投影点为F，A点在NF连线上的投影点为H，虚拟轨道中心线在B点的切线与AB之间连线的夹角为θ，则

由公式(12)～(14)求解BE、AE、θ为：

将公式(15)中求得的BE、AE、θ值代入公式(16)，得到基于预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程系数A'₀-A'₃：

从而得到基于延迟后预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程为：

y(x)＝A'₃x³+A'₂x²+A'₁x+A'₀ (17)

在延迟时间t内，由于车辆行驶的距离较短，本实施例中方程系数A'₀-A'₃的求解过程仅考虑由横向偏差、前轮转角以及道路曲率引起的变化，而不考虑道路曲率变化率的影响。

步骤42：将预瞄距离l作为x变量值代入公式(17)，得到预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)；

其中，预瞄距离l设计成与速度相关的参数，可以自适应速度的变化，满足：

其中，V_max为车辆速度上限值、V_min为车辆速度下限值，l_max为最大预瞄距离，l_min为最小预瞄距离，T为预瞄时间。

上述步骤5进一步包括：

将公式(18)中求出的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)分别进行PID反馈控制，得到距离偏差PID控制的控制量u_cte(k)和角度偏差PID控制的控制量u_ha(k)

式(20)中，分别为距离偏差PID控制的比例、积分、微分系数；/>分别为角度偏差PID控制的比例、积分、微分系数。

将公式(20)中求出的控制量u_cte(k)和u_ha(k)代入公式(21)，最终得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)：

δ_f(k)＝u_cte(k)+u_ha(k) (21)

进一步地，本实施例中车辆与虚拟轨道的相对定位信息通过摄像头采集，或通过磁钉导航方式采集，或通过激光雷达采集。

此外，对于具有多节车厢的列车，本发明实施例描述的车辆自动循迹控制方法仅考虑第一节车厢第一轴的路径跟踪控制，其他轴的控制指令则由车辆液压转向控制系统计算得出，跟随第一节车厢的行驶轨迹。

本发明中的车辆自动循迹控制方法及系统不仅限于在虚拟轨道交通车辆上的应用，也可应用于其他具有胎地关系的公路车辆，例如一般的乘用车和商用车。

技术人员将领会，结合本文的公开所描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、以及步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的范围。技术人员还将容易认识到，本文描述的组件、方法、或交互的顺序或组合仅是示例并且本公开的各个方面的组件、方法、或交互可按不同于本文解说和描述的那些方式的方式被组合或执行。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种车辆自动循迹控制系统，其特征在于，所述控制系统包括定位信息获取单元、定位信息识别单元、车辆位置计算单元、路径偏差计算单元、PID控制单元和转向控制单元；

所述定位信息获取单元用于采集当前车辆与虚拟轨道的相对定位信息，并将所述相对定位信息传入所述定位信息识别单元；

所述定位信息识别单元用于计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息，并将所述初始路径偏差信息传入路径偏差计算单元；

其中所述定位信息识别单元至少通过以下步骤计算当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息：对所述相对定位信息进行识别处理后得到基于车辆局部坐标系的初始虚拟轨道中心线方程

y(x)＝A₃x³+A₂x²+A₁x+A₀； (1)

其中，坐标系原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧；初始方程系数A₀-A₃为所述初始路径偏差信息，其中A₀表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A₁表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A₂表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A₃表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率；

其中，所述初始虚拟轨道中心线方程是通过对所述相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到；

所述车辆位置计算单元用于通过车辆实时反馈的前后轮转角和车速，求得延迟时间t后的车辆预测位置信息，并将所述车辆预测位置信息传入所述路径偏差计算单元；所述车辆位置计算单元进一步包括车辆运动学模型计算单元和延迟预测模型计算单元，其中所述车辆运动学模型计算单元用于通过车辆实时反馈的车辆前轮转角δ_f和后轮转角δ_r求得车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R；所述延迟预测模型计算单元用于通过所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，以及车辆实时反馈的车速V和车辆前轮转角δ_f求得延迟时间t后的车辆预测位置信息；

其中，所述车辆位置计算单元至少通过以下步骤计算延迟时间t后的所述车辆预测位置信息：

首先，所述车辆运动学模型计算单元基于车辆运动学模型计算出所述车辆质心侧偏角β和所述车辆质心处转弯半径R：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f和车辆后轮转角δ_r代入公式(5)，求出所述车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

其次，所述延迟预测模型计算单元基于延迟预测模型计算出延迟时间t后车辆预测位置的坐标N(x_n,y_n)：

将所述车辆质心处转弯半径R、车辆质心侧偏角β和车辆前轮转角δ_f代入公式(7)，求出车辆前轴中心转弯半径R_f；

将公式(7)中求出的车辆前轴中心转弯半径R_f，以及车辆速度V、延迟时间t、车辆质心侧偏角β代入公式(8)，求出车辆当前位置到预测位置N(x_n,y_n)行驶轨迹的弦长l_s；

将公式(7)和公式(8)中求出的转弯半径R_f和弦长l_s代入公式(10)，求出预测位置N(x_n,y_n)的坐标；

所述路径偏差计算单元用于通过所述车辆预测位置信息和所述初始路径偏差信息求得延迟时间t后的等效路径偏差信息，并将所述等效路径偏差信息传入PID控制单元；

所述PID控制单元用于通过所述等效路径偏差信息求得车辆前轮转角控制量，并将所述车辆前轮转角控制量传入转向控制单元；

所述转向控制单元用于控制车辆执行转向。

2.一种根据权利要求1所述的自动循迹控制系统，其特征在于，所述定位信息获取单元采用摄像头采集方式，或磁钉导航方式，或激光雷达感知定位方式。

3.一种用于权利要求1-2任一项所述的车辆自动循迹控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、采集所述车辆与虚拟轨道的相对定位信息；

步骤2、对所述相对定位信息进行识别处理后得到当前车辆与虚拟轨道中心线的初始路径偏差信息；

该步骤包括：

对所述相对定位信息进行识别处理后得到基于车辆局部坐标系的初始虚拟轨道中心线方程

y(x)＝A₃x³+A₂x²+A₁x+A₀； (1)

其中，坐标系原点为当前车辆前轴中心，x轴正向为车辆前视方向，y轴正向为车辆指向虚拟轨道中心线的一侧；初始方程系数A₀-A₃为所述初始路径偏差信息，其中A₀表示当前车辆前轴中心与虚拟轨道中心线的横向距离偏差，A₁表示虚拟轨道中心线在y(0)处的切线方向与当前车辆航向的偏差斜率，A₂表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率，A₃表示虚拟轨道中心线在y(0)处的曲率变化率；

所述初始虚拟轨道中心线方程是通过对所述相对定位信息进行图像处理、特征提取、曲线拟合后得到；

步骤3、计算车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R，求出所述车辆质心侧偏角β和所述车辆质心处转弯半径R后，计算出延迟时间t后的车辆预测位置；

该步骤包括：

步骤31、基于车辆运动学模型计算出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f和车辆后轮转角δ_r代入公式(5)，求出车辆质心侧偏角β和车辆质心处转弯半径R：

步骤32、基于延迟预测模型计算出延迟时间t后车辆预测位置的坐标N(x_n,y_n)：

将所述车辆质心处转弯半径R、车辆质心侧偏角β和车辆前轮转角δ_f代入公式(7)，求出车辆前轴中心转弯半径R_f；

将公式(7)中求出的车辆前轴中心转弯半径R_f，以及车辆速度V、延迟时间t、车辆质心侧偏角β代入公式(8)，求出车辆当前位置到预测位置N(x_n,y_n)行驶轨迹的弦长l_s；

将公式(7)和公式(8)中求出的转弯半径R_f和弦长l_s代入公式(10)，求出预测位置N(x_n,y_n)的坐标；

步骤4、基于所述车辆预测位置和所述初始路径偏差信息，求得延迟时间t后车辆预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)；

步骤5、对所述距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)分别进行PID控制，得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)；

步骤6、控制车辆执行转向。

4.根据权利要求3所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：

步骤41：求得基于所述车辆预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程：

将车辆质心至车辆前轴的距离l_f、车辆质心至车辆后轴的距离l_r、车辆前轮转角δ_f、车辆后轮转角δ_r、车辆质心侧偏角β、车辆速度V以及延迟时间t代入公式(11)，求出延迟时间t内车辆的航向角变化量

设当前车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为B，延迟时间t后的车辆前轴延长线与虚拟轨道中心线的交点为A，A点在当前车辆前轴延长线上的投影点为E，所述虚拟轨道中心线在B点的切线与AB之间连线的夹角为θ，则BE、AE、θ的值由公式(15)求解得到：

将公式(15)中求得的BE、AE、θ值代入公式(16)，得到基于所述预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程系数A₀'-A₃'：

从而得到基于所述预测位置N(x_n,y_n)的虚拟轨道中心线方程为

y(x)＝A₃'x³+A₂'x²+A₁'x+A₀' (17)

步骤42：将预瞄距离l作为x变量值代入公式(17)，得到预瞄距离l处与虚拟轨道中心线的距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)为：

5.根据权利要求4所述的一种控制方法，其特征在于，所述预瞄距离l能够自适应速度的变化，满足：

式(19)中，V_max为车辆速度上限值，V_min为车辆速度下限值，l_max为最大预瞄距离，l_min为最小预瞄距离，T为预瞄时间。

6.根据权利要求3所述的一种控制方法，其特征在于，所述步骤5进一步包括：

将所述距离偏差e_cte(k)和角度偏差e_ha(k)代入公式(20)，求出距离偏差PID控制的控制量u_cte(k)和角度偏差PID控制的控制量u_ha(k)

式(20)中，分别为距离偏差PID控制的比例、积分、微分系数；/>分别为角度偏差PID控制的比例、积分、微分系数；

将公式(20)中求出的u_cte(k)和u_ha(k)代入公式(21)，得到车辆前轮转角控制量δ_f(k)：

δ_f(k)＝u_cte(k)+u_ha(k) (21)。

7.根据权利要求3所述的一种控制方法，其特征在于，所述相对定位信息通过摄像头采集，或通过磁钉导航方式采集，或通过激光雷达采集。