[發明專利]一種智能車輛橫向縱向綜合控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201910609561.4
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110281912B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 顧筠;林小寧;范駿;周海峰
• 申請（專利權）人: 江蘇開放大學（江蘇城市職業學院）
• 主分類號: B60W30/02
• 分類號: B60W30/02;B60W50/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 梁濤

1.一種智能車輛橫向縱向綜合控制系統，其特征在于：包括決策模塊、控制模塊和執行模塊；

所述決策模塊，用于通過對車輛所處環境的感知，對未來軌跡進行規劃，生成并向控制模塊發送規劃軌跡、規劃位置、規劃速度、規劃加速度和約束條件；

所述控制模塊包括縱向控制器和橫向控制器；

所述縱向控制器，用于依據決策模塊發送的規劃位置、規劃速度、規劃加速度和執行模塊反饋的實際車速、實際位置，計算并向執行模塊發送增量式剎車或油門信號，實現車輛的縱向控制；

所述橫向控制器，用于依據決策模塊下發的規劃軌跡、約束條件、預設的深度閾值和執行模塊反饋的實際車速，計算并向執行模塊發送位置式方向盤轉角信號，實現車輛的橫向控制；

所述執行模塊，用于接收控制模塊發送的剎車或油門信號以及方向盤轉角信號，實際作用到被控車輛，并同時向控制模塊反饋實際車速和實際位置；

所述縱向控制器為串級PID電路，包括位置PID閉環控制器、速度PID閉環控制器和加速度開環控制器，分別位于串級PID電路的外環、中間環和內環；

所述位置PID閉環控制器的輸入為規劃位置和實際位置的位置偏差，輸出為速度補償量；

所述速度PID閉環控制器的輸入為以速度補償量和速度偏差，輸出為加速度補償量；

所述加速度開環控制器，用于依據加速度補償量、規劃加速度和實際車速查詢變速箱標定邏輯表，從而得到增量式剎車或油門信號；

所述橫向控制器包括前饋控制模塊和反饋控制模塊；

所述前饋控制模塊，用于依據橫向偏差和橫向偏差變化率進行前饋計算，輸出前饋控制量；

所述反饋控制模塊，用于依據車輛動力學模型、預設的深度閾值和決策模塊發送的參數進行收斂深度可控的MPC運算，計算出反饋控制量。

2.根據權利要求1所述的一種智能車輛橫向縱向綜合控制系統，其特征在于：

所述收斂深度可控的MPC算法的代價函數和約束條件如下：

代價函數：

約束條件：

式中：Q、R為權重矩陣；Δu_dyn(t+i|t)為控制增量；ρ為權重系數；ε為松弛因子；N_P為預測時域參數；N_c為控制時域參數；y_hc為硬約束輸出；y_sc為軟約束輸出；y_hc，min、y_hc，max為硬約束極限值；y_sc，min、y_sc，max為軟約束極限值；Δu_dyn為運動學中控制增量；U_dyn為運動學控制量；Δu_dyn，min、Δu_dyn，max為運動學控制增量的極限值；U_dyn，min、U_dyn，max為運動學控制值的極限值。

3.一種智能車輛橫向縱向綜合控制方法，基于權利要求1或2所述的一種智能車輛橫向縱向綜合控制系統，其特征在于，所述方法包括縱向控制方法和橫向控制方法，總的步驟如下：

步驟1：決策模塊通過對車輛所處環境的感知，對未來軌跡進行規劃，生成規劃軌跡、規劃位置、規劃速度、規劃加速度和約束條件發送給控制模塊；

步驟2：控制模塊中，縱向控制器依據決策模塊下發的規劃位置、規劃速度、規劃加速度和執行模塊反饋的實際車速、實際位置計算出增量式剎車或油門信號發送給執行模塊，實現車輛的縱向控制，橫向控制器依據決策模塊下發的規劃軌跡、約束條件、預設的深度閾值和執行模塊反饋的實際車速計算出位置式方向盤轉角信號發送給執行模塊，實現車輛的橫向控制；

步驟3：執行模塊:接收來自控制模塊的剎車或油門信號以及方向盤轉角信號，實際作用到被控車輛，并反饋實際車速和實際位置給控制模塊。