[发明专利]一种自动驾驶车辆的预测控制方法和装置

权利要求书

1.一种自动驾驶车辆的预测控制方法，其特征在于，包括：

基于车辆动力学模型，建立考虑控制输入延迟和状态延迟的控制系统模型；

对所述控制系统模型的控制变量和状态变量进行增广，获得增广系统模型；

基于模型预测控制，将所述增广系统模型作为预测模型，建立被控车辆的目标函数以及所述目标函数的约束条件；

根据所述预测模型，在所述约束条件下求解所述目标函数，得到预测域内的控制序列，以使用所述控制序列控制所述被控车辆的运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于车辆动力学模型，建立考虑控制输入延迟和状态延迟的控制系统模型，包括：

对车辆动力学模型进行线性化和离散化处理，得到离散化后的线性模型；

在所述线性模型中引入控制输入延迟和状态延迟，得到相应的控制系统模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述线性模型的表达式为：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k-d

式中，x_k+1表示k+1时刻的状态变量；x_k表示k时刻的状态变量；u_k-d表示k-d时刻的控制变量，d表示所述控制输入延迟；A_k、B_k分别表示k时刻所述线性模型的参数矩阵；

所述控制系统模型的表达式为：

x_k+1＝A_kx_k-b+B_ku_k

式中，x_k-b表示k-b时刻的状态变量，b表示所述状态延迟；u_k表示k时刻的控制变量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：

式中，表示所述目标函数的值；U(X_k+1,Y_k+1)表示被控车辆在位置(X_k+1,Y_k+1)处的综合势能值；u_k表示k时刻的增广控制变量；S和R为半正定矩阵；r_k+1表示k+1时刻的参考数据；m和n为空间的维度，d表示所述控制输入延迟；

所述在所述约束条件下求解所述目标函数，包括：

在所述约束条件下，求解所述预测域内的目标函数的最小值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括下列任意一个或者多个：所述增广系统，状态变量约束，控制变量约束，控制变量增量约束，被控车辆与障碍物的安全距离约束，以及在每个控制周期内实时捕捉当前时刻被控车辆的状态。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述控制系统模型的控制变量和状态变量进行增广，获得增广系统模型，包括：

对所述控制系统模型的控制变量从现在向未来进行增广，得到增广控制变量；

对所述控制系统模型的状态变量从过去向现在进行增广，得到增广状态变量；

使用所述增广控制变量和所述增广状态变量分别替换所述控制系统模型的控制变量和状态变量，获得增广系统模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增广系统模型的表达式为：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k

式中，x_k+1表示k+1时刻的增广状态变量；x_k表示k时刻的增广状态变量；u_k表示k时刻的增广控制变量；A_k、B_k分别表示k时刻所述增广系统模型的参数矩阵。