CN108268022A - 自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法 - Google Patents

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余真鹏
王凡
唐锐
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Zongmu Technology Shanghai Co Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults

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Abstract

自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法，自动收集自动驾驶汽车航向指令和实际航向测量数据，将在线收集的所述自动驾驶汽车航向指令和实际航向测量数据的偏差的绝对值对时间的累积作为当前航向跟踪控制器的实际性能；通过读图的方式获得航向跟踪过程回路的延迟，再根据自动驾驶汽车设计规格的要求或根据经验，确定期望闭环回路时间常数，计算航向跟踪控制器的期望性能；将期望性能除以实际性能得到性能评估指标，将性能评估指标与预设性能指标比较来判断当前航向跟踪控制器性能是否需要维护，对性能不良自动驾驶汽车航向跟踪控制器及时警示。其目的在于提供一种完全实现自动化的、能够实时、动态评价自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能的评估方法。

Description

自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶汽车航向跟踪控制器，特别是涉及自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法。
背景技术
自动驾驶汽车是通过车载传感***感知道路环境，自动规划行车路线并控制汽车到达预定目标的智能汽车，在未来交通***中有着广阔的应用前景。自动驾驶汽车的关键技术之一是自动调整汽车前轮偏角，使汽车按照预定的航向指令行驶。
自动驾驶航向控制***的工作原理如图1所示，航向跟踪控制器是航向跟踪控制***的核心，航向跟踪控制器根据航向跟踪指令与实际航向测量值的偏差，计算出汽车前轮偏角指令，并将前轮偏角指令输送到执行机构执行，进而调整汽车航向。航向跟踪控制器的性能好坏决定了自动驾驶汽车按照预定航向指令行驶的质量。
目前，自动驾驶汽车制造部门掌握的汽车航向跟踪的性能只是汽车航向跟踪试验时的性能，汽车航向跟踪功能试验合格，但正常行驶时由于道路变化、风况不同、轮胎老化、执行机构老化等因素，实际行驶的常态性能与试验性能不同。由于缺乏相应的监测评估***，制造部门及乘车者难以准确掌握汽车的常态性能，航向跟踪性能下降不能自动诊断分析，正常行驶状态下不能提前自动监督、维护航向跟踪控制器，导致自动驾驶汽车在实际行驶过程中存在巨大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于填补自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估问题的技术空白，提供一种完全实现自动化的、能够实时、动态评价自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能的自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法。
本发明自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法，包括以下步骤：
(1)在线收集自动驾驶汽车航向跟踪指令和实际航向的测量数据，按照采样时刻t分别标记为数据组
(2)计算步骤(1)中在线收集的所述自动驾驶汽车航向指令和实际航向的偏差的绝对值对时间的累积，
并将IAE作为当前汽车航向跟踪控制器的实际性能；
(3)通过读图的方式获得航向跟踪过程回路的延迟，从汽车航向指令值开始变化的时刻，到汽车实际航向测量数据以和汽车航向指令值相同的变化方向超出噪声带的时刻，即为汽车航向跟踪过程回路延迟时间；
(4)根据自动驾驶汽车设计规格的要求或根据经验，确定期望闭环回路时间常数，如果根据经验来确定，则此常数为航向跟踪过程回路延迟时间的3-8倍；
(5)依据期望闭环回路时间常数计算自动驾驶汽车航向跟踪控制器的期望性能IAE0，
其中τc为期望闭环回路时间常数，θ为航向跟踪过程回路延迟时间，为自动驾驶汽车航向跟踪指令数据，N为航向跟踪指令数据的个数；
(6)计算自动驾驶汽车航向跟踪控制器的性能评估指标η，性能评估指标η的计算是利用步骤(5)中航向跟踪控制器的期望性能除以步骤(2)中当前航向跟踪控制器的实际性能，即：
性能评估指标η位于0到1之间，越接近于1，说明航向跟踪控制器的性能越好；越接近于0，航向跟踪控制器的性能越差；
(7)将步骤(6)计算的性能评估指标η与预设的性能指标比较，如果步骤(5)计算的性能评估指标η大于等于所述预设性能指标，则说明当前航向跟踪控制器性能达标，对航向跟踪控制器的性能评估终止；反之，则说明当前航向跟踪控制器性能不满足要求，立即警示。
本自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法，将自动驾驶汽车航向指令和实际航向测量数据自动收集，将在线收集的自动驾驶汽车航向指令和实际航向的偏差的绝对值对时间的累积作为当前航向跟踪控制器的实际性能；通过读图的方式获得航向跟踪过程回路的延迟，再根据自动驾驶汽车设计规格的要求或根据经验，确定期望闭环回路时间常数，计算航向跟踪控制器的期望性能；将期望性能除以实际性能得到性能评估指标，将性能评估指标与预设性能指标比较来判断当前航向跟踪控制器性能是否满足要求。本发明的性能评估方法完全实现了自动化，能够实时、动态评价自动驾驶汽车航向跟踪控制器的功能，当自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能恶化时，提前自动监督、警示，防止自动驾驶汽车出现航向跟踪性能不满足要求导致产生安全隐患。
下面结合附图对本发明的自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为自动驾驶汽车航向控制***工作原理图；
图2为自动驾驶汽车航向控制器性能评估方法流程图。
具体实施方式
参见图2，本发明包括航向跟踪数据的处理、航向跟踪控制器期望性能计算和实际性能评估指标计算三部分内容。
航向跟踪数据的处理包括：首先，在线收集自动驾驶汽车航向指令和汽车实际航向测量数据。其次，计算这两组数据的差得到偏差数据，计算该偏差数据的绝对值对时间的累积作为当前航向跟踪控制器的实际性能。最后，通过读图的方式获得航向跟踪过程回路的延迟，从汽车航向指令值开始变化的时刻，到汽车实际航向测量数据以和汽车航向指令值相同的变化方向超出噪声带的时刻，即为汽车航向跟踪过程回路的延迟。
航向跟踪控制器期望性能计算，是根据航向跟踪期望闭环回路时间常数，来求解对任意航向指令的期望性能。首先，根据自动驾驶汽车设计规格的要求，或根据经验，来指定期望闭环回路时间常数。如果根据经验来确定，则此常数一般为航向跟踪过程回路延迟时间的3-8倍。其次，依据期望闭环回路时间常数来计算航向跟踪控制器的期望性能，计算方法是：期望闭环回路时间常数与航向跟踪过程回路延迟时间之和，乘以航向跟踪指令数据的变化值的累积值，可以用如下公式表示：
其中τc为期望闭环回路时间常数，θ为航向跟踪过程回路延迟时间，为航向指令数据，N为航向指令数据的个数。
性能评估指标计算，是根据当前航向跟踪控制器的性能(航向跟踪数据处理程序部分给出的)进行计算，量化地告诉用户当前控制器性能离期望性能存在多少改善空间。该指标为航向跟踪控制器的期望性能除以当前航向跟踪控制器的实际性能。该指标位于0到1之间，越接近于1，说明性能越好；越接近于0，性能越差，一般情况下，当该指标低于0.8时，说明有必要维护当前控制器，立即警示。
尽管本发明的实施例已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.自动驾驶汽车航向跟踪控制器性能评估方法，其特征在于，包括航向跟踪数据的处理、航向跟踪控制器期望性能计算和实际性能评估指标计算三部分，具体步骤如下：
(1)在线收集自动驾驶汽车航向跟踪指令和实际航向测量数据；
(2)计算当前控制器的性能，计算步骤(1)中在线收集的两组数据的偏差的绝对值对时间的累积作为当前航向跟踪控制器的实际性能；
(3)通过读图的方式获得航向跟踪过程回路的延迟，从汽车航向指令值开始变化的时刻，到汽车实际航向测量数据以和汽车航向指令值相同的变化方向超出噪声带的时刻，即为汽车航向跟踪过程回路延迟时间；
(4)根据自动驾驶汽车设计规格的要求或根据经验，确定期望闭环回路时间常数，如果根据经验来确定，则此常数为航向跟踪过程回路延迟时间的3-8倍；
(5)依据期望闭环回路时间常数计算航向跟踪控制器的期望性能IAE0，
其中τc为期望闭环回路时间常数，θ为航向跟踪过程回路延迟时间，为航向跟踪指令数据，N为实际航向测量数据的个数。
(6)性能评估指标计算，该指标的计算是利用步骤(5)中航向跟踪控制器的期望性能除以步骤(2)中当前航向跟踪控制器的实际性能，该指标位于0到1之间，越接近于1，说明性能越好；越接近于0，性能越差；
(7)利用步骤(6)的指标进行判断，如果达标，则终止；反之，则说明当前控制器需要维护，立即警示。
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