[发明专利]一种自动驾驶车辆的动力学预测控制系统和方法

说明书

本申请公开一种半挂式卡车的动力学预测控制方法和系统。该方法包括：接收半挂式卡车的一条期待轨迹和当前车辆状态；期待轨迹中包括多个道路点的位置和方向以及车辆的速度曲线；对预先建立的半挂式卡车的非线性动力学模型根据期待轨迹和当前车辆状态进行线性化，得到非时变线性的横向动力学模型和纵向运动学模型；将期待轨迹和当前车辆状态作为输入提供给横向动力学模型和纵向运动学模型、进行模型预测控制，得到横向预控制量和纵向预控制量；根据车辆当前状态和横向预控制量，对半挂式卡车的方向盘控制机构进行控制；根据车辆当前状态和纵向预控制量，对半挂式卡车的油门控制机构和/或刹车控制机构进行控制。

技术领域

本发明一般性地涉及自动驾驶的系统和方法，特别涉及改进的自动驾驶预测控制。

背景技术

在自动驾驶系统中，准确的理解和预测周围的驾驶环境和交通参与者，对于自动驾驶车辆或自主车辆做出准确且安全的决策而言是非常重要的。此外，自动驾驶系统必须准确的测量所驱动的车辆(也称为本车)的当前状态，例如，车辆在当前车道内的速度、加速度、道路条件、位置，等等。准确地预测得到响应于例如转向、加速、和/或刹车命令的控制命令的车辆状态变化，也可以是一种用于自动驾驶车辆控制的参数。某些车辆，例如半挂式卡车具有一个牵引车和一个挂车，挂车通过一个枢轴点连接到牵引车，该枢轴点提供了额外的自由度，使得半挂式卡车具有更为复杂的状态，从而导致预测车辆未来的状态的复杂性。

发明内容

本申请一方面通过了一种半挂式卡车的动力学预测控制方法，包括：半挂式卡车中的操作子系统系统接收半挂式卡车的一条期待轨迹和当前车辆状态；期待轨迹中包括多个道路点的位置和方向以及车辆的速度曲线，当前车辆状态中包括卡车的当前位置、当前方向；

对预先建立的半挂式卡车的非线性动力学模型根据期待轨迹和当前车辆状态进行线性化，得到非时变线性的横向动力学模型和纵向运动学模型；

将期待轨迹和当前车辆状态作为输入提供给横向动力学模型和纵向运动学模型、进行模型预测控制，得到横向预控制量和纵向预控制量；

根据车辆当前状态和横向预控制量，对半挂式卡车的方向盘控制机构进行控制；根据车辆当前状态和纵向预控制量，对半挂式卡车的油门控制机构和/或刹车控制机构进行控制。

本申请另有一方面提供了一种半挂式卡车的动力学预测控制系统，其特征在于，包括：一个处理器和一个存储器，该存储器中存储有至少一条机器可执行指令，至少一条机器可执行指令被处理器执行后实现如上所述的半挂式卡车的动力学预测控制方法。

本申请另一方面提供了一种半挂式卡车，其特征在于，包括如上所述的半挂式卡车的动力学预测控制系统、方向盘控制机构、以及油门控制机构和刹车控制机构；

动力学预测控制系统用于接收半挂式卡车的一条期待轨迹和当前车辆状态；期待轨迹中包括多个道路点的位置和方向以及车辆的速度曲线，当前车辆状态中包括卡车的当前位置、当前方向；对预先建立的半挂式卡车的非线性动力学模型根据期待轨迹和当前车辆状态进行线性化，得到非时变线性的横向动力学模型和纵向运动学模型；将期待轨迹和当前车辆状态作为输入提供给横向动力学模型和纵向运动学模型、进行模型预测控制，得到横向预控制量和纵向预控制量；根据车辆当前状态和横向预控制量，对半挂式卡车的方向盘控制机构进行控制；根据车辆当前状态和纵向预控制量，对半挂式卡车的油门控制机构和/或刹车控制机构进行控制；

方向盘控制机构用于根据来自运动预测控制系统的控制，对方向盘进行相应控制；

油门控制机构用于根据来自运动预测控制系统的控制，对油门开度进行相应控制；

刹车控制机构用于根据来自运动预测控制系统的控制，对刹车机构进行相应控制。

附图说明

图1示出了本公开一些方面提供的一个示例系统的结构框图，该系统中包括一个车载控制系统和一个图像处理模块；