【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及車輛無人駕駛領(lǐng)域，具體而言涉及一種車輛橫向控制方法、電子系統(tǒng)、可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
技術(shù)介紹
1、已知，針對(duì)車輛橫向控制的設(shè)計(jì)，目前存在兩種方法。第一種設(shè)計(jì)方法是完全基于控制層的上一級(jí)動(dòng)作規(guī)劃控制，通常采用pid進(jìn)行反饋控制。第一種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)在于，不需要車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)方面的精確知識(shí)，僅需要一個(gè)表達(dá)響應(yīng)特性的車輛模型和一個(gè)基于誤差反饋的控制器即可。第二種設(shè)計(jì)方法是基于車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型的控制方法。作為第二種設(shè)計(jì)方法，其需要構(gòu)建一個(gè)車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型，然后根據(jù)需求采用不同的控制算法來達(dá)到特定目標(biāo)。
2、第一種設(shè)計(jì)方法中采用的pid控制器(即，比例-積分-微分控制器)主要由比例單元p、積分單元i以及微分單元d構(gòu)成。pid控制的基礎(chǔ)是比例控制。pid控制中的積分控制可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但存在增加超調(diào)的可能性。pid控制中的微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢(shì)。然而，pid控制難以有效地應(yīng)用于多變量系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，車輛的行駛系統(tǒng)恰恰是一個(gè)多變量系統(tǒng)且同時(shí)也是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)。此外，pid控制的特性決定了其完全沒有考慮到道路的幾何特性，只能應(yīng)用于低速以及小半徑彎道，且容易出現(xiàn)振蕩。特別地，在采用pid控制的情況下，在彎道的后段，方向盤容易發(fā)生抖動(dòng)。并且，在高速行駛或大半徑彎道的情況下會(huì)出現(xiàn)偏離度很大的情況，導(dǎo)致急拐彎的情況發(fā)生。其結(jié)果是，舒適性較差。
3、第二種設(shè)計(jì)方法通常要求建立較精確的汽車橫向運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型。作為一種典型模型，自行車模型(又稱為單軌模型)被廣泛應(yīng)用。
4、另一方面，作為一種典型控制框架，模型預(yù)測(cè)控制(model?predictive?control)基于車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行車輛的橫向控制。然而，在常規(guī)的模型預(yù)測(cè)控制方法中，橫向控制的狀態(tài)方程通常僅包括橫向距離(或橫向誤差)和橫擺角(又稱為航向角，或者橫擺誤差)。其結(jié)果是，這樣的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型無法較好地反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，存在魯棒性不佳以及延時(shí)較大的問題。其結(jié)果是，基于這樣的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型的控制精度不甚理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題
2、本申請(qǐng)是為了解決上述技術(shù)問題而形成的，其目的在于提供一種車輛橫向控制方法，通過構(gòu)建能更好地反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，從而能夠提高車輛橫向控制的控制精度。在此基礎(chǔ)上，本申請(qǐng)進(jìn)一步提供一種與上述控制方法對(duì)應(yīng)的電子系統(tǒng)、可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
3、解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
4、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N車輛橫向控制方法，包括：
5、建立車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)模型包括狀態(tài)量和控制量，所述狀態(tài)量包括橫向距離、橫擺角以及前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角，所述控制量包括前輪轉(zhuǎn)角；
6、對(duì)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理以及離散化處理；
7、基于進(jìn)行線性化處理和離散化處理后的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型形成預(yù)測(cè)方程組，所述預(yù)測(cè)方程組包括當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)量測(cè)量值、一個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)域的狀態(tài)量預(yù)測(cè)以及一個(gè)控制時(shí)域的控制量預(yù)測(cè)；
8、基于所述預(yù)測(cè)方程組建立目標(biāo)函數(shù)，并引入約束條件；以及
9、根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)以及所述約束條件至少輸出所述前輪轉(zhuǎn)角的指令值。
10、根據(jù)該技術(shù)方案所述的車輛橫向控制方法，與現(xiàn)有的模型預(yù)測(cè)控制方法僅將橫向距離(或者橫向距離誤差)以及橫擺角(或者橫擺角誤差)作為橫向控制的狀態(tài)量相比，在橫向控制的狀態(tài)量中進(jìn)一步加入了前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角，并且將前輪轉(zhuǎn)角設(shè)為控制量。更具體而言，在現(xiàn)有的模型預(yù)測(cè)控制方法中，作為用于橫向控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型僅包括以橫向距離(或者橫向距離誤差)以及橫擺角(或者橫擺角誤差)為狀態(tài)量且以前輪轉(zhuǎn)角為控制量的兩個(gè)狀態(tài)方程，這樣的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型無法較好地反映系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，其魯棒性不佳且延時(shí)較大。與之不同地，通過在橫向控制的狀態(tài)量中加入前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角的同時(shí)，在原有的狀態(tài)方程中增加了一個(gè)以前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角為狀態(tài)量且以前輪轉(zhuǎn)角為控制量的一階慣性(常微分)方程，從而構(gòu)建出能夠更準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。由此，通過基于該運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立預(yù)測(cè)方程組、構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)以及引入約束條件，能夠獲取到一個(gè)最佳控制序列。通過將該最佳控制序列的第一個(gè)值作為前輪轉(zhuǎn)角的指令值輸出，能夠提高車輛的橫向控制精度。
11、優(yōu)選，在形成所述預(yù)測(cè)方程組之前，對(duì)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理以及離散化處理。
12、根據(jù)該技術(shù)方案所述的車輛橫向控制方法，通過對(duì)非線性的狀態(tài)方程組進(jìn)行線性化和離散化處理，能夠形成可供進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的線性方程組。
13、優(yōu)選，所述約束條件包括最大前輪轉(zhuǎn)角和最大前輪轉(zhuǎn)角變化率中的至少任意一者。
14、根據(jù)該技術(shù)方案所述的車輛橫向控制方法，能夠避免控制在大曲率變化率的彎道處產(chǎn)生較大的誤差。具體而言，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，若不對(duì)前輪轉(zhuǎn)角(即，底盤轉(zhuǎn)角)的最大值進(jìn)行限定以及/或者對(duì)前輪轉(zhuǎn)角變化率的最大值進(jìn)行限制，那么，當(dāng)車輛行駛至大曲率變化率的彎道處時(shí)，由于底盤的方向變化率跟不上指令下發(fā)的變化率，因此，控制會(huì)在彎道處產(chǎn)生較大的誤差。為此，在本技術(shù)方案中，通過將前輪轉(zhuǎn)角的最大值以及/或者前輪轉(zhuǎn)角變化率的最大值作為約束條件進(jìn)行限制，能夠避免上述情況的發(fā)生。
15、優(yōu)選，在將所述預(yù)測(cè)時(shí)域設(shè)為n步且將所述控制時(shí)域設(shè)為m步的情況下，
16、所述預(yù)測(cè)時(shí)域的后n-m步的狀態(tài)量預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)輸出根據(jù)所述控制時(shí)域的第m步的控制量預(yù)測(cè)確定，其中，m和n為自然數(shù)且滿足n>m。
17、根據(jù)該技術(shù)方案所述的車輛橫向控制方法，能夠大幅節(jié)省計(jì)算成本和計(jì)算資源。具體而言，在模型預(yù)測(cè)控制中，在預(yù)測(cè)未來n步之后只會(huì)取當(dāng)前第一步來作為下一次循環(huán)計(jì)算的起點(diǎn)，并且銷毀剩下的步數(shù)，而且系統(tǒng)會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)逼近參考值，接下來的時(shí)間只是在做小范圍的優(yōu)化。因此，對(duì)于未來n步都進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化顯然耗費(fèi)了大量的資源。為此，將控制時(shí)域和預(yù)測(cè)時(shí)域分離開，控制時(shí)域內(nèi)m步數(shù)進(jìn)行計(jì)算使系統(tǒng)快速地達(dá)到調(diào)控目標(biāo)，預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)每步都重復(fù)控制時(shí)域內(nèi)最后一步，對(duì)未來n-m步進(jìn)行預(yù)測(cè)。如此，能夠避免不必要的計(jì)算帶來的計(jì)算資源的浪費(fèi)。
18、優(yōu)選，對(duì)所述前輪轉(zhuǎn)角的指令值進(jìn)行積分控制補(bǔ)償，以對(duì)橫向誤差進(jìn)行消除，所述橫向誤差是所述橫向距離的預(yù)測(cè)值與所述橫向距離的測(cè)量值之間的差異。
19、根據(jù)該技術(shù)方案所述的車輛橫向控制方法，能夠消除車輛行駛過程中的橫向距離誤差，避免方向盤的零偏。
20、優(yōu)選，對(duì)所述前輪轉(zhuǎn)角的指令值進(jìn)行比例控制補(bǔ)償和/或微分控制補(bǔ)償，以消除橫擺角誤差以及/或者前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角誤差。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種車輛橫向控制方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
3.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
4.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
5.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
6.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
7.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
8.一種電子系統(tǒng)，所述電子系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，
【技術(shù)特征摘要】
1.一種車輛橫向控制方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
3.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
4.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
5.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其特征在于，
6.如權(quán)利要求1所述的車輛橫向控制方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫作雷，謝懌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海西井科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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