[發明專利]一種車輛跟隨駕駛環境下自主車輛的縱向和橫向控制方法

有效

• 申請號: 202011178289.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112622903B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 郭戈;郭明新;高振宇
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: B60W30/165
• 分類號: B60W30/165;B60W10/06;B60W40/00;B60W50/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李梁

本發明提供一種車輛跟隨駕駛環境下自主車輛的縱向和橫向控制方法，涉及自主車輛跟隨控制與主動安全技術領域。本發明對車輛的在橫向控制中基于速度閾值切換控制的運動學模型預測控制算法，并利用橫擺角速度反饋控制和車輛質心側偏角補償彌補高速時本發明中的運動學模型預測的不足。可以使車輛在低、高速以及停車條件下都具有良好的精度和實時性。在對車輛的縱向控制中基于RBFNN的自適應PID控制器，神經網絡識別車輛特性并自適應調整PID控制參數，可以由當領航車速和、前一時刻車速及節氣門增量得到相應的油門控制信號，為距離控制提供了很好的保障，位置式PID進行車間距的控制確保跟車安全性。

技術領域

本發明涉及自主車輛跟隨控制與主動安全技術領域，尤其涉及一種車輛跟隨駕駛環境下自主車輛的縱向和橫向控制方法。

背景技術

近年來，對車輛跟隨控制技術的關注度越來越高，在跟車行駛的過程中，跟隨車輛(被控車輛)要跟隨領航車的速度(包括停車和啟動)、維持安全的縱向車間距，一個適當的車間距對跟隨車輛運行的安全可靠至關重要。同時要跟隨領航車的路徑或軌跡，以期望保持在指定車道內或沿著道路轉彎，這對于高度自動化的跟車行駛是至關重要的。但關于縱橫向綜合跟車控制的研究卻并不多。Ali Ghaffari等人建立了一個基于模糊滑?？刂?FSMC)的車輛跟隨控制系統，通過產生適當的復合扭矩和轉向角來保持安全的縱向距離，并盡量減少車輛與領航車輛的橫向運動。Wei等人通過車輛-車輛通信(V2V)和傳感器獲取的領航車信息設計了一個線性前饋和反饋縱向跟蹤控制器，并采用動力學模型預測控制器調節跟隨車的前輪轉向角以沿著預測的領航車軌跡完成橫向跟蹤。Sun等人提出了一種基于模型預測控制(MPC)算法的車輛路徑跟蹤控制器，在計算航向偏差時主要涉及側滑角的不同處理。它降低了橫向跟蹤偏差，保持了車輛的穩定性。Anggera Bayuwindra等人設計了一種擴展的前瞻性方法，可以補償車輛跟隨中的轉彎切割角行為，同時可以滿足車輛之間的間距策略要求。迄今為止的文獻綜述表明，在車輛跟隨控制方面的設計通常都集中在跟蹤精度、穩定性和主動安全技術上。

然而，上述研究提出的控制策略主要有三個假設：滿足標準工作條件的駕駛路徑；在整個控制過程中使用單一的車輛控制模型；以及固定或者范圍有限的縱向車速。AliGhaffari，We等人提出的控制策略并不能保證很好的速度跟隨精度而且適用的速度波動范圍也小，Sun等人提出的方法涉及反復求解優化問題，可能導致沉重的計算負擔。同時，提高跟車控制器的縱橫向路徑、速度跟隨精度也是至關重要的。由于上述文獻采用的車輛模型單一，或運動學模型或動力學模型。相比于動力學模型而言，運動學模型計算高效簡單且實時性能良好，但只適用于低速條件下。相比于運動學模型而言，動力學模型具有更高的跟蹤精度，但會導致計算時間增加，實時性難以保證且只適用于高速條件下。同時，保證跟蹤控制精度和抗曲率擾動性也非常重要。

運動學模型預測控制雖然簡單，但只適用在低速條件下。隨著速度的增加，運動學模型失配將導致較大的跟蹤誤差，用動力學模型雖然可以克服速度上升的影響，但它計算效率差且在低車速下變得奇異。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種車輛跟隨駕駛環境下自主車輛的縱向和橫向控制方法。本發明跟隨領航車的速度(包括停車和啟動)并保持安全縱向距離，同時將跟隨車相對于領航車給定的參考路徑的橫向位置和航向偏差最小化。確保對日常車輛跟隨駕駛場景中車輛的縱橫向跟蹤安全可靠，能適應車速和道路曲率的變化。

本發明所采取的技術方案是：

一種車輛跟隨駕駛環境下自主車輛的縱向和橫向控制方法，包括以下步驟：

步驟1、根據跟隨車自身信息，建立車輛運動學自行車模型及輪胎模型；

所述運動學自行車模型不考慮車輛的受力情況，如下式所示：