2.1 基于自行車模型的路徑跟蹤控制算法

2.1.1 純跟蹤控制（Pure Pursuit）算法

純追蹤控制是最早提出的路徑跟蹤策略之一。由于其易于實(shí)現(xiàn)和令人滿意的性能，已被證明是車輛控制不可或缺的工具。

在DARPA挑戰(zhàn)賽中，有多個(gè)團(tuán)隊(duì)采用了純追蹤的控制算法［3］。

從自行車模型出發(fā)，純跟蹤算法以車后軸為切點(diǎn)， 車輛縱向車身為切線， 通過(guò)控制前輪轉(zhuǎn)角，使車輛可以沿著一條經(jīng)過(guò)目標(biāo)路點(diǎn)（goal
point）的圓弧行駛，如圖2-1所示。

通過(guò)正弦定理求出曲率、偏轉(zhuǎn)角與車軸之間的關(guān)系：

圖2-1 純追蹤控制示意圖

通常來(lái)說(shuō)，會(huì)使用最大、最小前視距離來(lái)約束前視距離，越大的前視距離意味著軌跡的追蹤越平滑，小的前視距離會(huì)使得追蹤更加精確（當(dāng)然也會(huì)帶來(lái)控制的震蕩），如圖2-2
所示。

駕駛員在實(shí)際駕駛過(guò)程中會(huì)觀察車輛前方一定距離范圍內(nèi)的道路信息，以獲得一定的預(yù)見(jiàn)性，提前對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)整，從而取得良好的控制效果。

在路徑跟蹤過(guò)程中，前視距離與車速的大小有直接的關(guān)系。當(dāng)車速較高時(shí)，需要較大的前視距離；當(dāng)車速較低時(shí)，較小的前視距離可以達(dá)到很好的跟蹤精度。

圖2-2 前視距離對(duì)控制的影響