CN110398966B - 一种路径跟踪控制方法及路径跟踪*** - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种路径跟踪控制方法及路径跟踪***,用于提高路径跟踪的精度。本发明实施例方法包括:获取车辆的当前运动状态信息;根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
Description
技术领域
本发明涉及智能汽车技术领域,尤其涉及一种路径跟踪控制方法及路径跟踪***。
背景技术
在汽车自动驾驶、轮式机器人导航控制中,当规划出可执行的路径之后,需要使车辆或机器人按照期望的路径行驶,也称循迹,这就是路径跟踪问题。路径跟踪算法的性能直接决定了车辆的实际驾驶情况,是自动驾驶***的重要组成部分。
在现有的路径跟踪算法中,由于未考虑车辆转向机构的响应延迟,因此在弯道或者曲率变化比较大的路径上,其跟踪性能严重下降。为了提高路径跟踪精度,目前一般采用在上述反馈控制方法的基础上叠加一个预瞄量的方法:与人开车时类似,向路径的前方预瞄一段距离,得到其对应的曲率,作为前馈项叠加在电动助力转向***(Electronic PowerSteering,EPS)转角中。预瞄的长度一般和车速成正比,但由于在路径跟踪过程中,车速时刻都在变化,因此很难实现准确预瞄,也就导致路径跟踪的精度不准确。
发明内容
本发明实施例提供了一种路径跟踪控制方法及路径跟踪***,用于提高路径跟踪的精度。
有鉴于此,本发明第一方面提供了一种路径跟踪控制方法,包括:
获取车辆的当前运动状态信息;
根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;
确定所述延时补偿后的路径参考点;
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置,包括:
根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;所述根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置,包括:
当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;
当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,包括:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;
根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,包括:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;
根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述获取车辆的当前运动状态信息,包括:
通过IMU获取车辆的当前运动状态信息;或者,
通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,得到车辆的当前运动状态信息。
本发明第二方面提供一种路径跟踪***,包括:
获取模块,用于获取车辆的当前运动状态信息;
处理模块,用于根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
所述处理模块,具体用于根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;
所述处理模块,具体用于当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,
所述处理模块,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
所述处理模块,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
所述获取模块,具体用于通过IMU获取车辆的当前运动状态信息;或者,
所述获取模块,具体用于通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,得到车辆的当前运动状态信息。
本发明第三方面提供一种车辆,可以包括如本发明第二方面及第二方面任一可选方式中所述的路径跟踪***。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质,其存储计算机程序,其中,所述计算机程序使得计算机执行本发明实施例第一方面公开的一种路径跟踪控制方法。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:
在本发明实施例中,获取车辆的当前运动状态信息;根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。在路径跟踪的过程中,采用的是延时补偿后的位置,因此,可以提高路径跟踪的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中EPS的响应示意图;
图2A为现有技术中路径跟踪算法获取车辆运动姿态信息的一个示意图;
图2B为现有技术中车辆路径跟踪的一个示意图;
图3为本发明实施例中路径跟踪控制方法的一个实施例示意图;
图4为本发明实施例中路径跟踪***的一个实施例示意图;
图5为本发明实施例中路径跟踪***的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种路径跟踪控制方法及路径跟踪***,用于提高路径跟踪的精度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,都应当属于本发明保护的范围。
在现有的电动助力转向***(Electronic Power Steering,EPS)模型中,由于汽车的转向***是一个具有大延时的控制***,在实际的工程实践中,一般将EPS建模为一个一阶惯性环节,如公式1所示:
常用路径跟踪算法为:根据车辆的运动学模型,在惯性坐标系OXY下,通常采用车辆后轴中心的位置(xr,yr)和车辆的横摆角(也称为航向角θ)来描述车辆的运动状态。
根据图2A所示,为现有技术中根据路径跟踪算法获取车辆运动姿态信息的一个示意图。其中,常用的路径跟踪算法的处理流程如下:
1、根据车辆的当前位置(xr,yr,θ),寻找路径上距离车辆最近的路径点(xref,yref,θref),作为路径参考点;
2、计算横向跟踪误差(cross track error,CTE)
其中,跟踪误差向量:d=(xr-Xref,yr-yref) (公式2)
(Xref,yref)对应的法向量为:n=(sinθref,-cosθref) (公式3)
横向跟踪误差为:CTE=d·n=(xr-xref)sinθref-(yr-yref)cosθref (公式4)
3、计算车辆航向角误差:
θe=θ-θref (公式5)
4、控制律设计:
δ=-(k1CTE+k2θe) (公式6)
其中,6为前轮侧偏角,也可以计算EPS转角,由于前轮侧偏角和EPS转角二者之间是比例关系,因此只是一个比例系数的关系。k1、k2为反馈比例系数,根据不同的控制律有不同的计算方法,由于控制律有很多,且与本申请内容无关,此处不再赘述,无论采用何种控制律,只要保证CTE和θe可以收敛到0即可。如图2B所示,为现有技术中车辆路径跟踪的一个示意图。
为了提高路径跟踪的精度,在进行路径跟踪时,本发明提出根据EPS模型对车辆位置进行预测的方法来替代目前广泛采用的预瞄方法。在进行路径跟踪的方法中,在每个周期计算车辆的EPS转角时,需要首先寻找路径上距离车辆最近的路径参考点。根据(公式1),EPS执行器的延时为T,在寻找路径上路径参考点时,采用车辆延时补偿之后的位置代替车辆的当前位置。在获得车辆延时补偿之后的位置后,以该位置为车辆位置,寻找路径上最近的路径参考点,进行车辆的EPS转角计算。
下面以实施例的方式,对本发明技术方案做进一步的说明,如图3所示,为本发明实施例中路径跟踪控制方法的一个实施例示意图,可以包括:
301、获取车辆的当前运动状态信息。
路径跟踪***获取车辆的当前运动状态信息,可以包括:路径跟踪***通过IMU获取车辆的当前运动状态信息;或者,路径跟踪***通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,得到车辆的当前运动状态信息。其中,当前运动状态信息是用来描述当前车辆运动状态的一组变量,可以包括车辆在惯性坐标系中的位置(xr,yr,θ)、车辆速度、航向角速度以及横纵向加速度等。
可以理解的是,车辆上可以装设有惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)、轮脉冲计数器、电机转速等传感器,这些传感器可以作为车辆的定位模块(如车身里程计),来获取车辆的当前运动状态信息。
示例性的,通过IMU可以获取车辆的航向角、航向角速度,通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,可以获取车辆的当前位置和当前速度。
302、根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置。
路径跟踪***根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置,可以包括:根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
其中,当前运动状态信息包括当前航向角速度;所述根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置,可以包括:当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可以理解的是,车辆位置的延时补偿可采用恒定速度模型(Constant Velocity,CV)和恒定转速和速度模型(Constant Turn Rate and Velocity,CTRV)模型进行预测。当航向角速度<10-3rad/s时,采用CV模型,当航向角速度>=10-3rad/s时,采用CTRV模型。
示例性的在CV模型和CTRV模型中,t时刻车辆运动状态信息为(x(t),y(t),θ(t)),(x(t),y(t))为车辆的当前位置,v为车辆的当前车速,θ为车辆的当前航向角,ω为车辆的当前航向角速度,这些表示车辆运动状态的信息,可以通过IMU直接测得,或者通过IMU结合电机转速、轮脉冲等传感器进行数据融合得到,Δt为预测时间,在这里就是EPS的响应延时T。
在CV模型中,由于此时航向角速度ω较小,因此可以认为车辆在直线行驶,即采用恒定速度模型,Δt时间之后车辆的位置为:
x1(t+Δt)=x(t)+vcos(θ(t))Δt
y1(t+Δt)=y(t)+vsin(θ(t))Δt
θ1(t+Δt)=θ(t)
在CTRV模型中,此时航向角速度ω不可以忽略,就需要采用恒定转速和速度模型,Δt时间之后车辆的位置为:
θ2(t+Δt)=ωΔt+θ(t)
303、确定所述延时补偿后的路径参考点。
可以理解的是,路径跟踪***预先获取车辆的路径信息,该路径信息包括各个路径点的信息,其中,该路径点的信息包括路径点的位置和航向角。以延时补偿后的位置为车辆位置,寻找所有路径点中距离车辆位置最近的路径点,该路径点即为路径参考点。
304、根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,可以包括:根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,可以包括:根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
示例性的,车辆延时补偿后的位置(xc,yc,θc)。
(1)当航向角速度<10-3rad/s时,
跟踪误差向量为:d1=(x1-xc,y1-yc)
横向跟踪误差为:CTE1=(x1-xc)sinθc-(y1-yc)cosθc
车辆航向角误差为:θe1=θ1-θc
前轮侧偏角为:δ1=-(k1CTE1+k2θe1)
(2)当航向角速度>=10-3rad/s时,
跟踪误差向量为:d2=(x2-xc,y2-yc)
横向跟踪误差为:CTE2=(x2-xc)sinθc-(y2-yc)cosθc
车辆航向角误差为:θe2=θ2-θe
前轮侧偏角为:δ2=-(k1CTE2+k2θe2)
需要说明的是,车辆的EPS转角为前轮侧偏角的N倍,N为正数。
在本发明实施例中,获取车辆的当前运动状态信息;根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。在路径跟踪的过程中,采用的是延时补偿后的位置,因此,可以提高路径跟踪的精度。
如图4所示,为本发明实施例中路径跟踪***的一个实施例示意图,可以包括:
获取模块401,用于获取车辆的当前运动状态信息;
处理模块402,用于根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
处理模块402,具体用于根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;
处理模块402,具体用于当所述当前航向角小于等于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;当所述当前航向角大于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,
处理模块402,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
处理模块402,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
获取模块401,具体用于通过IMU获取车辆的当前运动状态信息;或者,
获取模块401,具体用于通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,得到车辆的当前运动状态信息。
可选的,本发明实施例中还提供一种车辆,该车辆包括如图4所示的路径跟踪***。
如图5所示,为本发明实施例中路径跟踪***的一个实施例示意图。可以包括:
存储有可执行程序代码的存储器501;
与存储器501耦合的处理器502;
收发器503;
其中,收发器503获取车辆的当前运动状态信息传输至处理器502,处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码,执行如下步骤:
根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;
确定所述延时补偿后的路径参考点;
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码,执行如下步骤:
根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型或者恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码,执行如下步骤:
当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;
当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
可选的,在本发明的一些实施例中,处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码,执行如下步骤:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码,执行如下步骤:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
可选的,在本发明的一些实施例中,
收发器503,具体用于通过IMU获取车辆的当前运动状态信息;或者,通过IMU、电机转速以及轮脉冲传感器获取的数据进行融合,得到车辆的当前运动状态信息。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的***,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的***,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种路径跟踪控制方法,其特征在于,包括:
获取车辆的当前运动状态信息,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;
当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;
当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置;
确定所述延时补偿后的路径参考点;
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,包括:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;
根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角,包括:
根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;
根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
4.一种路径跟踪***,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取车辆的当前运动状态信息,所述当前运动状态信息包括当前航向角速度;
处理模块,用于根据所述当前运动状态信息计算延时补偿后的位置;确定所述延时补偿后的路径参考点;根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的EPS转角;
所述处理模块,具体用于当所述当前航向角速度小于预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定速度模型,计算延时补偿后的位置;当所述当前航向角速度大于等于所述预置阈值时,根据所述当前运动状态信息采用恒定转速和速度模型,计算延时补偿后的位置。
5.根据权利要求4所述的路径跟踪***,其特征在于,
所述处理模块,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算横向跟踪误差和车辆航向角误差;根据所述横向跟踪误差和所述车辆航向角误差,计算得到所述车辆的EPS转角;或者,
所述处理模块,具体用于根据所述延时补偿后的位置和所述路径参考点,计算得到所述车辆的前轮侧偏角;根据所述车辆的前轮侧偏角,得到所述车辆的EPS转角。
6.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求4-5中任一项所述的路径跟踪***。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的路径跟踪控制方法。
Priority Applications (1)
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