[發明專利]智能駕駛中基于駕駛態勢圖簇的改進PID速度控制方法

有效

• 申請號: 201510738593.6
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105404729B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 潘峰;潘振華;鮑泓;楊青
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.智能駕駛中基于駕駛態勢圖簇的改進PID速度控制方法，其特征在于：該方法是通過以下技術方案實現的；

步驟一：汽車模型的建立

1)汽車動力學模型的建立

由于本方法只考慮汽車在縱向上的運動，未將汽車運動中的橫向運動以及垂直運動考慮在內；

汽車的行駛方程為：

F_t＝∑F (1.1)

∑F＝F_f+F_w+F_j±mgsinθ (1.2)

式中F_t為驅動力；∑F為行駛阻力的和；F_f表示滾動阻力；F_w表示空氣阻力；F_j表示加速阻力；m表示車的質量；g為重力加速度；θ為路面坡度；

汽車發動機將扭矩通過傳動系統傳遞到驅動輪上；此時作用在驅動輪上的轉矩T_t會產生一對路面的圓周力F₀，路面對驅動輪便會產生反作用力，這個力就是驅動力F_t；

則驅動力為：

其中T_e為發動機轉矩，i_g為變速器傳動比，i₀為主減速器傳動比，η_T代表傳動系機械效率，r是車輪半徑；

因為道路的坡度角小，cosθ≈1，sinθ≈tanθ，通過上面分析可以得到汽車行駛方程：

其中f為滾動阻力系數，C_D為空氣阻力系數，A為迎風面積，δ為汽車的旋轉質量的換算的系數，a為行車加速度；

2)汽車制動模型的建立

通過實車測試的方法獲得不同制動等級的控制信號和其對應的減速度之間的關系；當汽車以恒定的速度勻速行駛時，給車一個固定不變的制動等級，汽車的速度定為勻減速行駛；

在汽車制動過程中，車輪將同時受到制動器摩擦力矩和路面摩擦力矩的作用；其中制動器施加至車輪的力矩稱之為制動器輸入力矩，路面施加給車輪的力矩稱之為制動器的輸出力矩；在制動系統中，引入了制動器效能因數

定義為

其中，B為車輪受地面作用的制動力，N；R_t為車輪滾動半徑，m；D為輪缸直徑，m；P為輪缸制動壓力，Pa；P_s為輪缸壓力損失，Pa；R_b為制動器有效半徑，m；

根據(1.5)得出前后輪制動壓力P_f、P_r的計算表達式：

式中N_r為前輪缸數，N_f為后輪缸數；

令：

則(1.6)簡寫為

由上式看出，制動壓力與制動力之間呈線性關系；

由(1.8)可得制動力：

步驟二：速度控制方案設計

智能車的速度取決于車模自身發動機的轉速，發動機的轉速則由電子油門對供油量的控制，當汽車要減速或者停車時，制動踏板通過液壓制動裝置控制減小車速；智能車在自主行駛時，必然會經過不同的直道、彎道和轉彎路段，所以智能車的速度必須隨不同的路段快速、平穩的達到預定的速度；即直道、大弧彎道高速、轉彎減速；

改進的PID速度控制方法

在傳統PID控制系統的基礎上，引入有距離加減速控制，輸入量為設定速度和加減速距離，輸出為速度；設定速度和實際速度之間的差值，通過PID系統得到一個控制輸出量U_k，根據U_k選擇油門執行器或者制動執行器，同時，根據加減速距離能夠得到行車加速度a：

其中S為設定距離，ν_t為要達到期望速度，ν₀為當前車速；

根據加速度可得期望的油門增量和制動等級

其中ρ_c、ρ_d分別為油門增量Accelerator、制動等級BrakeLevel系數；

根據公式(2.3)得有距離和無距離油門增量、制動等級表達式：

U_k(t)為輸出控制量，對應到汽車的油門和剎車控制器；ρ_a、ρ_b分別為油門增量Accelerator、剎車等級BrakeLevel系數；

根據公式(2.4)得到的油門增量和制動等級，發送到汽車油門、制動執行器來控制發動機轉速，輸出當前速度。