CN108045375A - 一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法 - Google Patents

一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，包括构建车辆自主运行检测硬件设备，构建运行控制函数，调速信息采集，数据运算，车速计算及车速调控等六个步骤。本发明一方面控制作业简单易行，数据检测效果和精度高，数据处理能力强，一方面可全面有效的对车辆运行过程中影响车速的环境因素和车辆自身因素进行全面检测，为车辆车速调整提供可靠全面的参数依据，另一方面车速调控作业精度高、调控范围广、调控能力强，可根据路况及车链自身状态科学合理的调整车速，达到在确保车辆运行连续性、稳定性的同时，有效的实现车速与能耗经济性、行程规划合理性。

Description

一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶车辆运行控制方法，属无人驾驶技术领域。
背景技术
随着无人驾驶技术的推广和使用，无人驾驶车辆逐步得到了推广和应用，但当前在进行无人驾驶车辆运行中，车速调整精度是确保车辆自主运行安全性、可靠性和经济性的重要因素之一，但在车辆运行过程中，对车速调控起到直接影响和间接影响的因素众多，因此导致自主运行车辆车速调控作业难度和精度相对较大，而当前对自主运行车辆车速调整作业中，往往进通过道路实时的车速限定和车辆运行道路障碍物作业车速调整控制参数，虽然可以一定程度满足对车速调控作业的需要，但车速调控作业的精度相对较差，且当前车速在调整作业中，均不同程度忽略了与车辆实际运行过程中的续航、爬坡、制动等参数的需要，从而导致车辆运行时的速度调控精度、制动能力、能耗经济性及续航能力受到严重影响，不能最大程度发挥车辆实际运行能力，严重影响了车辆自主运行作业的可靠性、安全性和经济性，因此针对这一现状，迫切需要开发一种无人驾驶车辆自主运调速控制方法，以满足实际使用的需要。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足，提供一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，包括以下步骤：
第一步，构建车辆自主运行检测硬件设备，首先根据使用需要，在车辆外表面设行驶路况检测装置，然后在车辆行车电脑电路内设无线数据通讯装置、检测数据处理装置及GNSS卫星导航装置，然后由检测数据处理装置分别无线数据通讯装置、GNSS卫星导航装置、车辆行车电脑电路和行驶路况检测装置电气连接，其中行驶路况检测装置至少两个，环绕车辆轴线均布在车辆车头、车尾及两侧位置；
第二步，构建运行控制函数，完成第一步后，在检测数据处理装置中录入路面运动阻力计算函数、车轮滑移率计算函数、轮胎纵向力计算函数、车速计算函数备用；
第三步，调速信息采集，一方面通过行驶路况检测装置检测车辆形式过程中的路面类型进行检测，路面与车辆底盘间距、路面起伏度和坡度进行检测、障碍物测距检测、车辆运行时外部环境温度、湿度、风向、风速信息检测，另一方面对车辆运行时车辆胎压信息、转向角度、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息采集；
第四步，数据运算，在完成第三步作业后，根据第三步采集到的信息，并将采集到的数据代入到第二步中构建的各评估计算函数中，对车辆与地面间通过性、摩擦***值、车辆运行能耗、车辆续航数据分别进行校核计算，然后对车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据采集，并将计算结果一方面保存到检测数据处理装置内，另一方面通过无线数据通讯装置发送并保存到远程设定的数据及控制服务器中；
第五步，车速计算，首先根据车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据，对当前车辆所处位置道路车辆运行最大限速进行确认，然后根据道路车辆运行最大限速初步设定车辆最大运行车速值，然后根据车辆胎压信息、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息，基于初步设定车辆最大运行车速值设定满足当前车况运行及燃油、电能再次补充作业的最佳合理运行车速，最后根据车辆与地面间通过性、摩擦***值、转向角度值调整车辆车速，基于最佳合理运行车速，设定满足车辆当前最终车速调整值，完成车速计算，并将最终车速调整值保存到检测数据处理装置中备用；
第六步，车速调控，首先通过检测数据处理装置检测车辆当前的实际运行车速，并将实际运行车速保存到检测数据处理装置中，并将实际运行车速与第四步获取的最终车速调整值进行比对计算，然后根据计算结果对当前实际车速进行调整，并直至实际车速与第四步获取的最终车速调整值一致后完成车速调整。
进一步的，所述的第一步中，行驶路况检测装置包括视频信息采集装置、测距装置、测速装置、温度采集装置、湿度采集装置、风速风向采集装置，其中所述的视频信息采集装置包括CCD视频监控摄像头，3D扫描摄像头，所述的测距装置为毫米波测距雷达和激光测距雷达。
进一步的，所述的第一步中，无线数据通讯装置为基于WIFI无线通讯***、Zigbee无线通讯***、DSRC无线通讯***级及RFID射频通讯***中的任意一种或几种共同使用。
进一步的，所述的第一步中，检测数据处理装置设数据处理模块、码模块、身份识别模块及串口通讯模块，所述的数据处理模块分别与译码编码模块、身份识别模块及串口通讯模块电气连接，其中数据处理模块为基于DSP、FPGA 芯片为基础的控制电路。
进一步的，所述的第二步中：
路面运动阻力计算函数为：f＝(Tη1r-Fa)/G；
其中f为阻力***，η1为车辆发动机传动***效率、r车辆主动轮半径，Fa为车辆空气阻力，G为车辆重量；
车轮滑移率计算函数：s＝v-rwi/v；
其中s为车轮滑移系数，v车速，r为车辆主动轮半径，wi为车轮转速；
车速计算函数：
轮胎纵向力计算函数为：
其中为车速估计值，α车辆运行加速度，μ为修正值，为车轮滑移率， Ti车轮力矩，θi车轮与路面摩擦系数，和为车轮转速，f和g为函数符号， i＝fl,fr,rl,rr,fl,fr,rl,rr分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，Fx,i为轮胎纵向力，Jw车轮转动惯量，R车轮半径，K车轮常数，Fz,i轮胎垂直方向上的压力。
进一步的，所述的第四步中，路面类型包括沥青路面、混凝土路面、夯实黄土路面、流动沙土路面几个类型。
进一步的，所述的第四步、第五步操作均在3—10秒内完成，第六步操作在1—10秒内完成，且第四步、第五步和第六步总共完成时间不大大于20秒。
进一步的，所述的第三步、第四步、第五步和第六步的车速调整作业均同步运行，且运行频率与与车速相反，其中车速大于80公里/小时，30—120秒进行一次车速调整作业，车速为60—80公里/小时，1—3分钟进行一次车速调整作业；车速为40—公里/小时，1—5分钟进行一次车速调整作业；车速为20—40公里/小时，1—8分钟进行一次；车速为10—20公里/小时，1—10 分钟进行一次；车速为0—10公里/小时，1—12分钟进行一次车速调整作业。
本发明一方面控制作业简单易行，数据检测效果和精度高，数据处理能力强，一方面可全面有效的对车辆运行过程中影响车速的环境因素和车辆自身因素进行全面检测，为车辆车速调整提供可靠全面的参数依据，另一方面车速调控作业精度高、调控范围广、调控能力强，可根据路况及车链自身状态科学合理的调整车速，达到在确保车辆运行连续性、稳定性的同时，有效的实现车速与能耗经济性、行程规划合理性。
附图说明
图1为本发明控制方法流程示意图；
图2为检测数据处理装置结构示意图；
图3为车速调整与时间参数曲线图。
具体实施方式
如图1、2和3所示，一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，包括以下步骤：
第一步，构建车辆自主运行检测硬件设备，首先根据使用需要，在车辆外表面设行驶路况检测装置，然后在车辆行车电脑电路内设无线数据通讯装置、检测数据处理装置及GNSS卫星导航装置，然后由检测数据处理装置分别无线数据通讯装置、GNSS卫星导航装置、车辆行车电脑电路和行驶路况检测装置电气连接，其中行驶路况检测装置至少两个，环绕车辆轴线均布在车辆车头、车尾及两侧位置；
第二步，构建运行控制函数，完成第一步后，在检测数据处理装置中录入路面运动阻力计算函数、车轮滑移率计算函数、轮胎纵向力计算函数、车速计算函数备用；
第三步，调速信息采集，一方面通过行驶路况检测装置检测车辆形式过程中的路面类型进行检测，路面与车辆底盘间距、路面起伏度和坡度进行检测、障碍物测距检测、车辆运行时外部环境温度、湿度、风向、风速信息检测，另一方面对车辆运行时车辆胎压信息、转向角度、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息采集；
第四步，数据运算，在完成第三步作业后，根据第三步采集到的信息，并将采集到的数据代入到第二步中构建的各评估计算函数中，对车辆与地面间通过性、摩擦***值、车辆运行能耗、车辆续航数据分别进行校核计算，然后对车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据采集，并将计算结果一方面保存到检测数据处理装置内，另一方面通过无线数据通讯装置发送并保存到远程设定的数据及控制服务器中；
第五步，车速计算，首先根据车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据，对当前车辆所处位置道路车辆运行最大限速进行确认，然后根据道路车辆运行最大限速初步设定车辆最大运行车速值，然后根据车辆胎压信息、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息，基于初步设定车辆最大运行车速值设定满足当前车况运行及燃油、电能再次补充作业的最佳合理运行车速，最后根据车辆与地面间通过性、摩擦***值、转向角度值调整车辆车速，基于最佳合理运行车速，设定满足车辆当前最终车速调整值，完成车速计算，并将最终车速调整值保存到检测数据处理装置中备用；
第六步，车速调控，首先通过检测数据处理装置检测车辆当前的实际运行车速，并将实际运行车速保存到检测数据处理装置中，并将实际运行车速与第四步获取的最终车速调整值进行比对计算，然后根据计算结果对当前实际车速进行调整，并直至实际车速与第四步获取的最终车速调整值一致后完成车速调整。
进一步的，所述的第一步中，行驶路况检测装置包括视频信息采集装置、测距装置、测速装置、温度采集装置、湿度采集装置、风速风向采集装置，其中所述的视频信息采集装置包括CCD视频监控摄像头，3D扫描摄像头，所述的测距装置为毫米波测距雷达和激光测距雷达。
其中，所述的第一步中，无线数据通讯装置为基于WIFI无线通讯***、 Zigbee无线通讯***、DSRC无线通讯***级及RFID射频通讯***中的任意一种或几种共同使用，检测数据处理装置设数据处理模块、码模块、身份识别模块及串口通讯模块，所述的数据处理模块分别与译码编码模块、身份识别模块及串口通讯模块电气连接，其中数据处理模块为基于DSP、FPGA芯片为基础的控制电路。
与此同时，所述的第二步中：
路面运动阻力计算函数为：f＝(Tη1r-Fa)/G；
其中f为阻力***，η1为车辆发动机传动***效率、r车辆主动轮半径，Fa为车辆空气阻力，G为车辆重量；
车轮滑移率计算函数：s＝v-rwi/v；
其中s为车轮滑移系数，v车速，r为车辆主动轮半径，wi为车轮转速；
车速计算函数：
轮胎纵向力计算函数为：
其中为车速估计值，α车辆运行加速度，μ为修正值，为车轮滑移率， Ti车轮力矩，θi车轮与路面摩擦系数，和为车轮转速，f和g为函数符号，i＝fl,fr,rl,rr,fl,fr,rl,rr分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，Fx,i为轮胎纵向力，Jw车轮转动惯量，R车轮半径，K车轮常数，Fz,i轮胎垂直方向上的压力。
本实施例中，所述的第四步中，路面类型包括沥青路面、混凝土路面、夯实黄土路面、流动沙土路面几个类型。
于此同时，所述的第四步、第五步操作均在3—10秒内完成，第六步操作在1—10秒内完成，且第四步、第五步和第六步总共完成时间不大大于20秒，第三步、第四步、第五步和第六步的车速调整作业均同步运行，且运行频率与与车速相反，其中车速大于80公里/小时，30—120秒进行一次车速调整作业，车速为60—80公里/小时，1—3分钟进行一次车速调整作业；车速为40—公里/小时，1—5分钟进行一次车速调整作业；车速为20—40公里/小时，1—8 分钟进行一次；车速为10—20公里/小时，1—10分钟进行一次；车速为0— 10公里/小时，1—12分钟进行一次车速调整作业。
本发明一方面控制作业简单易行，数据检测效果和精度高，数据处理能力强，一方面可全面有效的对车辆运行过程中影响车速的环境因素和车辆自身因素进行全面检测，为车辆车速调整提供可靠全面的参数依据，另一方面车速调控作业精度高、调控范围广、调控能力强，可根据路况及车链自身状态科学合理的调整车速，达到在确保车辆运行连续性、稳定性的同时，有效的实现车速与能耗经济性、行程规划合理性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的自动驾驶汽车自主运行车速控制方法包括以下步骤：
第一步，构建车辆自主运行检测硬件设备，首先根据使用需要，在车辆外表面设行驶路况检测装置，然后在车辆行车电脑电路内设无线数据通讯装置、检测数据处理装置及GNSS卫星导航装置，然后由检测数据处理装置分别无线数据通讯装置、GNSS卫星导航装置、车辆行车电脑电路和行驶路况检测装置电气连接，其中行驶路况检测装置至少两个，环绕车辆轴线均布在车辆车头、车尾及两侧位置；
第二步，构建运行控制函数，完成第一步后，在检测数据处理装置中录入路面运动阻力计算函数、车轮滑移率计算函数、轮胎纵向力计算函数、车速计算函数备用；
第三步，调速信息采集，一方面通过行驶路况检测装置检测车辆形式过程中的路面类型进行检测，路面与车辆底盘间距、路面起伏度和坡度进行检测、障碍物测距检测、车辆运行时外部环境温度、湿度、风向、风速信息检测，另一方面对车辆运行时车辆胎压信息、转向角度、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息采集；
第四步，数据运算，在完成第三步作业后，根据第三步采集到的信息，并将采集到的数据代入到第二步中构建的各评估计算函数中，对车辆与地面间通过性、摩擦***值、车辆运行能耗、车辆续航数据分别进行校核计算，然后对车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据采集，并将计算结果一方面保存到检测数据处理装置内，另一方面通过无线数据通讯装置发送并保存到远程设定的数据及控制服务器中；
第五步，车速计算，首先根据车辆当前运行位置及运行路线路况进行数据，对当前车辆所处位置道路车辆运行最大限速进行确认，然后根据道路车辆运行最大限速初步设定车辆最大运行车速值，然后根据车辆胎压信息、载重信息、发动机温度、发动机转速、油箱剩余燃油量及蓄电池组剩余电量信息，基于初步设定车辆最大运行车速值设定满足当前车况运行及燃油、电能再次补充作业的最佳合理运行车速，最后根据车辆与地面间通过性、摩擦***值、转向角度值调整车辆车速，基于最佳合理运行车速，设定满足车辆当前最终车速调整值，完成车速计算，并将最终车速调整值保存到检测数据处理装置中备用；
第六步，车速调控，首先通过检测数据处理装置检测车辆当前的实际运行车速，并将实际运行车速保存到检测数据处理装置中，并将实际运行车速与第四步获取的最终车速调整值进行比对计算，然后根据计算结果对当前实际车速进行调整，并直至实际车速与第四步获取的最终车速调整值一致后完成车速调整。
2.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第一步中，行驶路况检测装置包括视频信息采集装置、测距装置、测速装置、温度采集装置、湿度采集装置、风速风向采集装置，其中所述的视频信息采集装置包括CCD视频监控摄像头，3D扫描摄像头，所述的测距装置为毫米波测距雷达和激光测距雷达。
3.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第一步中，无线数据通讯装置为基于WIFI无线通讯***、Zigbee无线通讯***、DSRC无线通讯***级及RFID射频通讯***中的任意一种或几种共同使用。
4.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第一步中，检测数据处理装置设数据处理模块、码模块、身份识别模块及串口通讯模块，所述的数据处理模块分别与译码编码模块、身份识别模块及串口通讯模块电气连接，其中数据处理模块为基于DSP、FPGA芯片为基础的控制电路。
5.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第二步中：
路面运动阻力计算函数为：；
其中f为阻力***，η1为车辆发动机传动***效率、r车辆主动轮半径，Fa为车辆空气阻力，G为车辆重量；
车轮滑移率计算函数：；
其中s为车轮滑移系数，v车速，r为车辆主动轮半径，wi为车轮转速；
车速计算函数：
轮胎纵向力计算函数为：
其中为车速估计值，车辆运行加速度，为修正值，为车轮滑移率，车轮力矩， 车轮与路面摩擦系数，为车轮转速，f和g为函数符号， 分别 为车辆左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，为轮胎纵向力，车轮转动惯量，R车轮半径，K 车轮常数，轮胎垂直方向上的压力。
6.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第四步中，路面类型包括沥青路面、混凝土路面、夯实黄土路面、流动沙土路面几个类型。
7.根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第四步、第五步操作均在3—10秒内完成，第六步操作在1—10秒内完成，且第四步、第五步和第六步总共完成时间不大大于20秒。
8. 根据权利要求1述的一种无人自动驾驶汽车自主运行车速控制方法，其特征在于：所述的第三步、第四步、第五步和第六步的车速调整作业均同步运行，且运行频率与与车速相反，其中车速大于80公里/小时， 30—120秒进行一次车速调整作业，车速为60—80公里/小时， 1—3分钟进行一次车速调整作业；车速为40—公里/小时， 1—5分钟进行一次车速调整作业；车速为20—40公里/小时，1—8分钟进行一次；车速为10—20公里/小时， 1—10分钟进行一次；车速为0—10公里/小时，1—12分钟进行一次车速调整作业。
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