履帶車輛自動駕駛導航控制模型優化

中圖分類號：S24；TP301.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）07-0273-08

Abstract：To solve problems such as low navigation control accuracy and poor path smoothness inautomatic driving， this study proposes a navigation control model and optimization algorithm for caterpillar vehicles basedon path tracking. Based ocontrol theory and kinematics model of automatic driving navigation controlforcaterpillr vehicle，the path trackingalgorithm forwheeedvehicleisapplied tocaterpillarvehicleandoptimized.Thestudyproposesapure pursuit algorithm and a system parameter optimization algorithm based on dynamic forward-looing distance and diferential steringerrorfactors.Theexperimental resultsexhibit anaverage U-shapedpath trackingerrorof0.38 m and an endpoint position error of 0.01m . On a 1Oo meter straight path，the optimized error averaged 0.02m ，with an endpoint position error of0. 01m .These results show that the proposed model and optimization algorithm significantly reducepath tracking errors ofcaterpillarvehiclesandeliminatefrequentunilateralpausesduring traditionaldiferential steering，achieving continuousand smooth path trackingandimproving the automatic driving performance of caterpillar vehicles.

Keywords：caterpillar vehicles；automatic driving；navigation control；path tracking

0 引言

履帶車輛良好的通過性能在現代工程、農業、軍事等領域發揮著重要作用[1]。隨著人工智能、自動駕駛技術的快速發展，車輛領域正由傳統機械裝備向電動化、智能化發展[2]。目前，輪式車輛人工智能、自動駕駛技術逐步成熟，在履帶車輛上也不斷得到應用，履帶車輛智能化水平不斷提高，對推動我國工程、農業、軍事等領域車輛裝備技術升級有重要意義。

目前，履帶車輛的智能化技術，主要在底盤動力系統控制、整機能量管理、作業操作優化、特定環境自動駕駛等方面有較大發展。韓立金等[3設計了一種基于非線性模型預測控制的能量管理策略，并提出一種電耗與油耗之間轉換因子的計算方式，使轉換因子能夠自適應車輛不同的行駛工況和能量管理策略。張超朋等4針對無人駕駛雙側電驅動履帶車輛制動減速控制時抗干擾性能差和機電協調性能差導致目標跟蹤誤差大的問題，提出一種分層控制系統。履帶車輛局部結構、功能的智能化已經得到顯著提升，但在自動駕駛導航控制、路徑跟蹤等方面相對輪式車輛還不夠完善。

履帶車輛自動駕駛導航控制、路徑跟蹤的難點在于：履帶車輛本身是典型的多輸入、多輸出、非完整、強非線性系統，具有運動阻尼大、慣性大，子系統動力學模型相互耦合等特征，且一般在地面崎嶇不平且松軟程度不均的復雜環境下工作，履帶與地面相互作用構成剛—柔耦合非線性系統，履帶相對于地面可能存在側滑、滑移、滑轉等，難以精確實時監測5，理想的履帶車輛自動駕駛系統較輪式車輛更為復雜。……