[发明专利]一种基于状态判断和误差反馈的车辆纵向运动控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于状态判断和误差反馈的车辆纵向运动控制系统，包括：车辆纵向运动控制模块、坡道起步模块、车辆运动状态传感器；其中车辆纵向运动控制模块包括上层控制器和下层控制器，上层控制器用于根据距离和速度得到期望加速度，下层控制器用于协调驱动和制动指令跟踪上层控制器给出的期望值，车辆运动状态传感器用以检测车辆的车速并且将其输入给所述车辆纵向运动控制模块与坡道起步模块，本发明能够同时协调车辆的制动和驱动，避免车辆由于驱动、制动频繁切换导致的纵向抖动；能够消除车辆纵向运动的稳态误差，使得被控车辆的实际车速精确跟随期望速度；能够实现车辆的坡道起步控制，在不同坡度的坡道上都能够避免溜坡。

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种基于状态判断和误差反馈的车辆纵向运动控制系统及方法。

背景技术

车辆纵向运动控制是指利用某种控制策略调节车辆的纵向运动状态，让被控车辆实际运动状态尽可能的贴近期望运动状态，车辆纵向运动控制也是当下自动驾驶车辆运动控制的重要组成部分，在自动驾驶车辆中，决策规划模块负责判断车辆当前所处状态，将当前车辆的期望车速下发给纵向控制策略，纵向控制策略根据车辆的当前车速和期望车速计算出对应的驱动力矩或制动力矩，准确、平稳地使车辆纵向运动状态达到期望状态。

现有技术驱动/制动使用不同独立控制算法容易产生的切换波动、不稳定、参数复杂等问题，体现在车辆控制上就是出现车辆出现抖动，乘员乘坐不舒适；现有技术在坡道上仅增加了一个附加力矩，缺乏其他的控制输入，在坡道起步时由于IMU感知误差、行驶环境的扰动、车辆执行机构存在间隙等因素，往往出现起步溜坡的现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于状态判断和误差反馈的车辆纵向运动控制系统，包括：车辆纵向运动控制模块、坡道起步模块、车辆运动状态传感器，其中车辆纵向运动控制模块包括上层控制器和下层控制器，上层控制器用于根据距离和速度得到期望加速度，下层控制器用于协调驱动和制动指令跟踪上层控制器给出的期望值，车辆运动状态传感器用以检测车辆的车速并且将其输入给所述车辆纵向运动控制模块与坡道起步模块。

本发明提供一种基于状态判断和误差反馈的车辆纵向运动控制方法，包括：

步骤1、上层控制器接收下发的参考路径点和车辆当前位置信息，定位出参考路径点与车辆当前位置最近的点的位置，然后挑选出实际的参考点，输出参考点处的速度作为期望速度以及距离参考点的距离；

步骤2、上层控制器接收当前车速、期望车速以及相对距离，根据运动学公式V²-V₀²=2AX，计算出期望加速度a；

步骤3、下层控制器接收驱动力矩和制动减速度以及无动力滑行时的减速度，在无动力滑行减速度上下0.1m/s²划分区间，加减速功能在期望加速度和无动力滑行减速度满足以下关系时，分别进行相应输出：

步骤4、根据汽车纵向动力学与PID控制算法计算出驱动转距与当前加速度和车速的关系；车辆的行驶阻力分别为：滚动阻力、坡道阻力、空气阻力和加速阻力；

步骤5、弥补误差后，在车速达到期望车速±0.4m/s的范围内时，输出实际驱动/制动力矩控制量到被控车辆，被控车辆实际车速达到期望车速。

作为优选，在步骤3中，除了正常加减速切换逻辑外，还额外增加了削减怠速判断，减速到怠速以下直至停车时，怠速转矩会抵消滑行减速度，故限制怠速期望速度在1.1m/s以下时，减速度判断不再考虑滑行减速度；

作为优选，在步骤4中，误差计算时，车辆的行驶阻力分别为：滚动阻力、坡道阻力、空气阻力和加速阻力；