[发明专利]改善车辆控制系统的控制子系统的性能的方法和系统

说明书

本公开提供一种改善车辆控制系统的控制子系统的性能的方法和系统，通过考虑控制子系统致动系统中的时延，来减少自主驾驶车辆(ADV)中的控制子系统(例如，油门、制动或转向)中的二阶动态延迟，并增加控制系统带宽。从ADV的自主驾驶系统接收控制输入。控制输入被转换为ADV的控制子系统的控制命令。对应于控制子系统的线控(“实际”)致动动作，生成参考致动输出和预测致动输出。确定参考致动动作与线控致动动作之间的控制误差。确定预测致动动作与线控致动动作之间的预测控制误差。确定自适应增益并将其应用于线控致动动作，以生成第二线控致动动作。

技术领域

本公开的实施例一般涉及操作自主车辆。更特别地，本公开的实施例涉及一种有效的实时过程，用于解决自主车辆控制子系统中时延和致动动态延迟，以改善自主车辆控制。

背景技术

以自主模式(例如，无人驾驶)操作的车辆可以减轻乘坐者，尤其是驾驶员的一些驾驶相关责任。当以自主模式操作时，车辆可以使用车载传感器导航到各种位置，从而允许车辆以最小的人机交互或者在没有任何乘客的一些情况下行驶。

运动规划和控制是自主驾驶中的关键操作。但是，常规的运动规划操作主要根据其曲率和速度(一阶动力学)来估计完成给定路径的难度，而不考虑控制子系统(如制动器、油门和转向)的二阶动力学。

由于使用控制系统，例如制动、油门和转向(“线控驱动”)的电子确定和致动，因此在车辆致动系统中存在一些延迟时间和系统动态延迟。由于检测到需要控制命令以保持在规划的轨迹上的延迟，因此可能发生时延。时延可以归因于识别车辆周围物体所需的数据收集和处理时间，并且归因于保持在规划的轨迹上所需的控制命令的计算。时延可以在50-100毫秒(ms)的数量级上。当控制子系统(例如制动、油门或转向)接收到控制命令，并且控制子系统必须致动物理组件以执行控制命令时，控制子系统中可能发生致动动态延迟。致动动态延迟可能导致非期望的油门/制动/转向控制响应，尤其是在快速加速或急转弯驾驶情况下。例如，在典型的侧路通过的驾驶场景中，当自主车辆从当前车道快速切换到另一车道时，与基于来自控制模块的转向指令的期望转向角相比，转向动作通常表现出一些动态滞后。因此，整个车道改变过程可能变得不顺畅，并且对于车辆中的乘客而言是不舒适的。

致动动态延迟可归因于物理致动器或元件，例如电动机、传动带、刹车片和汽缸或内燃机，需要时间来执行实现控制命令的物理动作。接收到的命令的致动动态延迟可以表现为致动的上升时间、超调量以及用于物理致动器的测量状态匹配所接收的控制命令的建立时间。致动动态延迟可以在数百毫秒的数量级上，最长可达500毫秒；比时延长得多。

诸如制动、转向和油门的控制子系统通常由第三方供应商提供，与为自主车辆开发控制系统的一方不同。因此，自主车辆控制子系统的开发人员必须将控制子系统的操作特性视为“黑匣子”。因此，在自主车辆领域的先前工业努力试图在转向致动上设计简单的比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器，以减少致动动力学的负面影响。然而，由于基于PID的控制器的结构过于简化，PID控制器只能在某种程度上增加转向动态响应，而不能完全解决致动时延和动态延迟问题。

时延幅度可能比动态延迟大得多，并且可能提出更严峻的控制挑战，而线性动力学模型无法轻易进行补偿，因为从频域的角度来看，时延是一种非线性系统。更严峻的是，时延的存在不仅延缓了系统响应，而且很容易使闭环控制系统失去稳定性。

发明内容

在第一方面中，提供一种改善自主驾驶车辆(ADV)控制系统的控制子系统的性能的方法，包括：

通过反馈控制器和参考系统接收ADV的控制子系统的致动系统的控制输入；

生成与控制输入相对应的预测致动动作和与控制输入相对应的参考致动动作；

确定控制子系统的致动器的第一致动命令输出与参考致动输出之间的控制误差，以及确定第一致动命令输出与预测致动输出之间的预测控制误差；