CN110871794A - 智能驾驶汽车路径跟随方法和智能驾驶汽车路径跟随*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种智能驾驶汽车路径跟随方法和智能驾驶汽车路径跟随***。在所述智能驾驶汽车路径跟随方法中,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。根据本发明的智能驾驶汽车路径跟随方法能够提高智能驾驶汽车在路径跟随时的安全性和舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域,具体而言,涉及一种智能驾驶汽车路径跟随方法以及智能驾驶汽车路径跟随***。
背景技术
随着科学技术的发展,智能交通***受到了越来越多的关注。发展先进的驾驶员辅助***有助于提升汽车的安全性,减少因驾驶员人为原因而导致的交通事故,从而避免驾乘人员的伤亡或由此引发的财产损失。
作为主动安全技术之一的车道保持辅助***,其在车辆即将偏离目标车道时借助转向***电机阻止驾驶员因注意力不集中或误操作而引起的车道偏离事故,从而能有效减轻驾驶员的劳动强度,并能实现车辆的智能跟随。
发明内容
本发明提出一种智能驾驶汽车路径跟随方法,其能够提高智能驾驶汽车在路径跟随时的安全性和舒适性。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,在所述智能驾驶汽车路径跟随方法中,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度,使得在汽车低速时保证跟随路径的精度,在汽车高速时保证汽车的稳定性。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行自适应PID控制。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,将汽车实际转角和实际车速输入汽车模型,然后通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随方法,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行闭环控制,以及通过横向距离误差和偏航角误差对汽车的行驶进行闭环控制。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随***,所述智能驾驶汽车路径跟随***利用根据上述的智能驾驶汽车路径跟随方法对汽车的行驶进行控制。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随***,所述智能驾驶汽车路径跟随***包括:
电机,用于执行汽车的转向;
控制器,用于通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制;以及
比例因子调节器,其能够通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度。
根据本发明一个方面提出的智能驾驶汽车路径跟随***,所述智能驾驶汽车路径跟随***包括:
传感器,用于测量汽车实际位置与期望位置的横向距离误差和偏航角误差;以及
PID控制器,其通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行控制。
本发明的有益效果包括:通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制,在实现汽车智能跟随的同时,考虑汽车的操纵舒适性及安全性,改善驾乘人员的感受。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解,附图仅仅用于说明目的,而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中,除非另有说明,相同的附图标记用于指代相同的部件。其中:
图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的智能驾驶汽车路径跟随方法的流程。
具体实施方式
容易理解,根据本发明的技术方案,在不变更本发明实质精神下,本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此,以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在下面的描述中,为不同构造的实施例描述了各种参数和部件,这些具体的参数和部件仅作为示例而不对本申请的实施例做出限制。
根据本发明的一实施方式,在所述智能驾驶汽车路径跟随方法中,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度,使得在汽车低速时保证跟随路径的精度,在汽车高速时保证汽车的稳定性。此外,通过横向距离误差和偏航角误差对汽车的行驶进行控制。通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行自适应PID控制。
例如可以首先将汽车实际转角和实际车速输入汽车模型,然后通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。
例如还可以通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行闭环控制,以及通过横向距离误差和偏航角误差对汽车的行驶进行闭环控制。
本发明还提出一种智能驾驶汽车路径跟随***,所述智能驾驶汽车路径跟随***利用上述的智能驾驶汽车路径跟随方法对汽车的行驶进行控制。
进一步地,所述智能驾驶汽车路径跟随***包括:电机,用于执行汽车的转向;控制器,用于通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制;以及比例因子调节器,其能够通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度。所述智能驾驶汽车路径跟随***还包括:传感器,用于测量汽车实际位置与期望位置的横向距离误差和偏航角误差;以及PID控制器,其通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行控制。
下面结合附图对根据本发明的一实施方式的智能驾驶汽车路径跟随方法和智能驾驶汽车路径跟随***进行阐释。
本发明考虑的车辆智能跟随***在已有的规划路径下(含自动变道、车道保持、车道居中等),通过自适应PID控制在实现车辆跟随路径的同时兼顾对车身的控制,通过追踪车身侧偏角和横摆角速度,引入闭环前馈的方向盘转角实现对车辆的操纵安全舒适性控制。其基本的控制思想如图1所示。
整个控制***分为两个部分,外层控制器通过装在车上的传感器(雷达,摄像头)对路径进行跟踪,一旦车辆偏离跟踪路径,自适应PID将对整车进行调节,通过调整方向盘转角实现对已有路径的准确跟随。因此对于外层控制器,其关注的是车辆实际位置与期望位置的偏差(横向距离误差,偏航角误差),换句话说,它没有考虑整车的控制稳定性和驾乘人员的主观感受。在车辆高速转弯或大角度转弯时,理想的控制结果是避免过大的侧向加速度,从而让驾乘人员尽可能的感觉平稳。为此本发明引入内层控制器,通过对理想质心侧偏角和横摆角速度的追踪,引入对质心侧偏角和横摆角速度的最优控制。从而保证汽车在实现路径智能跟随的同时,提升操纵稳定性和舒适性。
提出考虑整车舒适性控制的车辆路径智能跟随***方案,通过前期***平台的理论分析,降低实车实验的危险性;在实现汽车智能跟随的同时,考虑汽车的操纵舒适性及安全性,改善驾乘人员的感受。
通过引入可调节比例因子,实现对车辆高低速时采用差异化的控制策略。低速时追求路径跟随精度,高速时追求精度的同时兼顾考虑车辆自身的稳定性,从而在路径跟随和整车舒适性控制两方面寻求最优解。
考虑理想的线性二自由度车辆模型,建立理想的车身二自由度运动状态方程
式中
在上述姿态的调整中,未考虑对整车质心侧偏角及横摆角速度的控制,本发明将理想的质心侧偏角及横摆角速度引入到控制***,利用最优控制实现同时对车辆质心侧偏角和横摆角速度的跟踪控制。
考虑理想的车辆的质心侧偏角和横摆角速度对车辆方向盘的转向增益如下:
其中,
在利用根据本发明的智能驾驶汽车路径跟随方法对转角调节控制的一个示例中,假定方向盘转角为一个类正弦波,比例调节因子设为某一常数,控制后的实际方向盘转角将得到一定程度的抑制。相应的,整车的横摆角速度和质心侧偏角也比之前更趋向于平稳。
根据本发明的智能驾驶汽车路径跟随方法和智能驾驶汽车路径跟随***的有益效果包括:
1. 基于LQR最优控制理论并引入整车质心侧偏角和横摆角速度作为控制目标,通过对车辆质心侧偏角和横摆角速度的跟踪控制,实现智能驾驶汽车在路径跟踪时的安全性和舒适性。尤其是车辆在高速急转弯跟随时,能兼顾考虑车身的稳定性,对整车横向控制起到一定的优化调节作用。
2. 通过引入比例因子,实现车辆高低速时的差异化控制,低速时追求跟随路径的精度,高速时追求跟随路径精度的同时兼顾考虑车辆自身的安全稳定性。
3. 在车辆自动跟随路径时采用双层闭环控制,外层路径闭环采用PID控制,内层的转角闭环兼顾考虑车身稳定性,通过引入LQR控制方法,实现对车辆横摆角速度和质心侧偏角的控制。
4. 考虑车辆安全稳定性控制时,选用理想的横摆角速度和质心侧偏角作为参考,基于二自由度车辆动力学模型计算稳态的横摆角速度增益与理想的质心侧偏角。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容,本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下,对上述实施例进行多种变形和修改,而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,在所述智能驾驶汽车路径跟随方法中,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。
2.根据权利要求1所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度。
3.根据权利要求2所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度,使得在汽车低速时保证跟随路径的精度,在汽车高速时保证汽车的稳定性。
4.根据权利要求1所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,通过横向距离误差和偏航角误差对汽车的行驶进行控制。
5.根据权利要求4所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行自适应PID控制。
6.根据权利要求1所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,将汽车实际转角和实际车速输入汽车模型,然后通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制。
7.根据权利要求1所述的智能驾驶汽车路径跟随方法,其特征在于,通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行闭环控制,以及通过横向距离误差和偏航角误差对汽车的行驶进行闭环控制。
8.一种智能驾驶汽车路径跟随***,其特征在于,所述智能驾驶汽车路径跟随***利用根据权利要求1至7中任一项所述的智能驾驶汽车路径跟随方法对汽车的行驶进行控制。
9.根据权利要求8所述的智能驾驶汽车路径跟随***,其特征在于,所述智能驾驶汽车路径跟随***包括:
电机,用于执行汽车的转向;
控制器,用于通过质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶进行控制;以及
比例因子调节器,其能够通过比例因子来控制质心侧偏角和横摆角速度对汽车的行驶的影响程度。
10. 根据权利要求8所述的智能驾驶汽车路径跟随***,其特征在于,所述智能驾驶汽车路径跟随***包括:
传感器,用于测量汽车实际位置与期望位置的横向距离误差和偏航角误差;以及
PID控制器,其通过调整方向盘转角对汽车的行驶进行控制。
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