[发明专利]一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法

说明书

一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，涉及一种车辆速度控制方法。控制方法的被控制对象包括自动驾驶车辆、模型预测控制算法及PID控制器，模型预测控制算法在预测时域内通过预测模型递推所述自动驾驶车辆状态，模型预测控制算法的性能指标包括车辆行驶距离、车速、车辆行驶轨迹曲率和车辆转向横摆率，设计纵向加速度的模型预测控制器，通过优化求取期望纵向加速度，进而通过PID控制器控制车辆加速度跟踪此期望纵向加速度，实现车辆速度控制。根据车辆前方道路的曲率信息，采用预瞄方式控制车辆速度，减小车辆转向时的横向加速度，提高自动驾驶车辆转向的舒适性和安全性。

技术领域

本发明涉及一种车辆速度控制方法，尤其是一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，属于车辆自动驾驶控制领域。

背景技术

当前，自动驾驶车辆行驶路径、车速规划一般按照道路曲线及交通法规宏观规划，如在高速行驶工况中，按照道路限速规划控制车速。当车辆高速行驶且前方道路存在较大曲率时，会导致两种转向时舒适性和安全性较差的控制结果，一种是不考虑车辆横向动态，造成车辆横向加速度、横摆率较大，另一种是车辆在弯路前以较大减速度减速，会造成纵向加速度较大波动，降低乘坐舒适性。

针对此问题，亟需一种以提高自动驾驶车辆转向舒适性和安全性为目标的车速预瞄控制方法，综合车辆位置、车速、横摆率、轨迹曲率和纵向加向速度、横摆率变化率，构建全新的车辆转向运动学模型，利用预瞄时间段内的道路曲率信息，优化车辆纵向加速度，实车车速预瞄控制，以实现车辆进入弯道行驶前提前减速，在减小横向加速度的同时，实现车速平滑控制，以较大的提升自动驾驶车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。

发明内容

为解决背景技术存在的问题，本发明提供一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，根据车辆前方道路的曲率信息，采用预瞄方式控制车辆速度，减小车辆转向时的横向加速度，提高自动驾驶车辆转向的舒适性和安全性。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，所述控制方法的被控制对象包括自动驾驶车辆、模型预测控制算法及PID控制器，并包括以下步骤：

所述模型预测控制算法在预测时域内通过预测模型递推所述自动驾驶车辆状态，预测模型如公式(1)所示，

模型状态为x＝[s,v,ρ,γ]^T，其中，s为车辆行驶距离，v为车速，ρ为车辆行驶轨迹曲率，γ为车辆横摆率，模型的控制输入为其中，a_xu为车辆纵向加速度，为车辆转向时横摆率导数，

模型预测控制算法的性能指标如公式(2)所示，

其中，s_e为车辆预瞄时长内行驶距离，v_e为自动驾驶车辆规划层输出的期望车速，ρ_e为自动驾驶车辆行驶道路的曲率，γ_e为车辆转向时的期望横摆率，a_y为车辆转向时的横向加速度，

公式(2)中的预瞄时长内的道路ρ_e由车辆行驶距离与道路曲率的数据表格查表、线性插值计算，插值方法如公式(3)所示，

其中，k为预瞄时长内的采样点，(s_l,ρ_l)、(s_u,ρ_u)为车辆行驶距离与道路曲率的数据表格中的数据，ρ_l为位置s_l处的曲率，ρ_u为位置s_u处的曲率，由当前车辆行驶位置s确定，确定条件为s_l≤s≤s_u，

公式(2)中的期望车速v_e由计算方式如公式(4)所示，