[发明专利]一种自动驾驶车辆的横向冗余控制方法和系统

说明书

本发明提供了一种自动驾驶车辆的横向冗余控制方法，包括：基于目标纵向加速度和目标横摆角速度分别计算车辆的总目标纵向力和目标横摆力矩；基于实际纵向加速度和实际横向加速度计算每个车轮的极限纵向力估计值；根据所计算的总目标纵向力、目标横摆力矩和极限纵向力估计值构建目标函数，以及根据所述极限纵向力估计值和车辆的当前最大驱动力构建约束规则；对所构建的目标函数和约束规则进行求解，得到每个车轮的目标纵向力；基于所得到的每个车轮的目标纵向力确定需求的总驱动力和每个车轮所需求的制动力；基于所确定的总驱动力和每个车轮所需求的制动力进行相应的控制。本发明能够同时兼顾纵向目标和横向目标的实现，提升了车辆可控性及安全性。

技术领域

本发明涉及自动驾驶车辆控制领域，具体涉及一种在转向系统失效情况下，基于纵向力差动控制的自动驾驶车辆的横向冗余控制方法和系统。

背景技术

自动驾驶正以强劲的势头席卷全球汽车业，世界多国均发布了由驾驶辅助逐渐过渡到完全自动驾驶的战略目标。随着自动驾驶等级的提升，驾驶员的操作逐渐减少，特别是在国际自动机械工程师学会(SAE)定义中三级及以上的自动驾驶车辆，主要由机器监控行车环境，人类驾驶员不需要一直坐在驾驶座上手握方向盘。对于这些高级自动驾驶车辆，其通常可分为环境感知、智能决策及控制执行三大技术层次。其中控制执行层包括车辆的驱动/制动系统和转向系统,自动执行驱动、制动和转向操作，从而实现车辆的纵向和横向控制目标，使车辆跟随期望轨迹。而如果一旦执行系统出现故障，驾驶员无法快速介入，仍需要通过计算机操作进行认知判别干预，因此在车辆转向、制动执行系统的设计中需要考虑失效情况下无驾驶员操作可自动执行的系统冗余方案。

车辆的横向控制目标实现通常依赖转向系统如电子助力转向(EPS)，其可在无驾驶员操作的情况下，由电机主动控制方向盘转角，从而控制前轮转角使车辆跟随目标轨迹。对于自动驾驶等级较低的车辆，其在EPS失效的情况下可由驾驶员进行无助力转向，而高级自动驾驶车辆驾驶员在EPS系统失效时尚未介入，智能决策层的横向控制目标就需要一套横向冗余系统来实现。

目前通过车辆左右侧车轮纵向力不同来控制车辆转向的纵向力差动控制方法可以实现横向冗余控制，与双EPS电机等方法相比，具有明显的低成本优势，并且对于转向系统机械卡死的情况下，双EPS方案无法实现冗余控制。但现有的纵向力差动控制冗余方案，仅考虑横向控制目标，在车辆驱动力及制动力分配上并未综合考虑其引起车辆纵向速度的变化，无法满足高级自动驾驶对于纵向控制目标的需求，容易导致车辆尚未到达安全区域即进入车速过低甚至刹停状态，存在安全隐患。

因此，在通过纵向力差动进行横向冗余控制时，如果同时兼顾自动驾驶车辆的纵向控制目标，将能够更好的提升自动驾驶车辆的安全性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的以上问题，提出一种在转向系统失效情况下，基于纵向力差动控制且能够兼顾横纵向控制目标的横向冗余控制方法和系统。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种自动驾驶车辆的横向冗余控制方法，包括：基于目标纵向加速度、车辆的行驶阻力以及第一预设运算关系计算车辆的总目标纵向力；基于目标横摆角速度和第二预设运算关系计算车辆的目标横摆力矩；基于车辆的实际纵向加速度、实际横向加速度和第三预设运算关系计算每个车轮的极限纵向力估计值；根据所计算的总目标纵向力、目标横摆力矩和极限纵向力估计值构建目标函数，以及根据所述极限纵向力估计值和车辆的当前最大驱动力构建约束规则；对所构建的目标函数和约束规则进行求解，得到每个车轮的目标纵向力；基于所得到的每个车轮的目标纵向力确定需求的总驱动力和每个车轮所需求的制动力；以及基于所确定的总驱动力和每个车轮所需求的制动力进行相应的控制。

进一步地，所述基于目标纵向加速度、车辆的行驶阻力以及第一预设运算关系计算车辆的总目标纵向力包括根据下述公式(1)计算所述总目标纵向力：