商用车自动驾驶纵向控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种商用车自动驾驶纵向控制系统及方法，包括环境前馈控制器，所述环境前馈控制器根据环境状态信息，输出车辆目标加速度补偿值；底盘线控前馈控制器，所述底盘线控前馈控制器根据底盘状态信息、目标加速度和目标加速度补偿值，输出车辆控制命令；PID控制器，所述PID控制器根据当前车速和目标车速，输出车辆控制补偿命令；底盘线控模块，底盘线控模块根据所述车辆控制命令和车辆控制补偿命令，对车辆进行控制。本发明专利技术能够有效提高商用车自动驾驶纵向控制的响应速度和控制精度。车自动驾驶纵向控制的响应速度和控制精度。车自动驾驶纵向控制的响应速度和控制精度。

【技术实现步骤摘要】
商用车自动驾驶纵向控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种商用车自动驾驶纵向控制系统及方法。

技术介绍

[0002]商用车的自动驾驶技术发展迅速，商用车的生产厂商(OEM)与自动驾驶技术研发公司，通过技术与产品层面的合作，正逐步将具备自动驾驶或辅助驾驶功能的商用车，推广销售到市场，投入公路运输与物流运营之中，为自动驾驶和辅助驾驶技术的落地与商业化运营推波助力。商用车主要包含载货汽车和客车两大类，而商用车的定义与用途就决定了其与乘用车之间会存在显著的区别。商用车的特别之处，也给自动驾驶技术在商用车领域的研发与应用带来了诸多挑战：
[0003](1)商用车的尺寸较大。以带有挂车的牵引车(商用车的一种)为例，其长、宽、高尺寸分别为常见乘用车长、宽、高尺寸的3.5倍、1.4倍和1.7倍左右。商用车在自车车道行驶时，可留给车辆用于横向位置调整的空间十分有限，因此，商用车相比于乘用车更容易遇到车道偏离的场景。而在车辆在纵向方面，商用车需要能够按照用户设定的参数，与前车保持的匹配的跟车间距，同时还要留有足够的安全距离避免碰撞。与此同时，还要避免与前车之前的跟着间距过大，从而导致临近车道的车辆频繁切入自车前方，自车出现频繁减速刹车，最终影响车辆通行效率。
[0004](2)商用车的整车重量较重。以带有满载挂车的牵引车为例，其整车重量约为一般乘用车重量的30倍。商用车往往需要配备功率和扭矩更大的发动机及传动系统来驱动车辆，同时，商用车需要更强劲的制动系统、更长的刹车距离来保证其可以安全减速甚至刹停，不与前车发生碰撞。
[0005](3)商用车的整车重量变化范围大。以牵引车与挂车的空载与满载情况为例，其总重会在空载的15吨到满载的50吨之间变动，所装载的货物种类和数量，会影响车辆的总重数值。另外，以大型客车的空载与满载为例，其总重会在空载的7吨至坐满乘客的12吨之间变动，搭载乘客的人数会影响大型客车的总重。因此，应用于商用车自动驾驶技术的发动机、变速箱、刹车，以及相关控制系统，需要能够适配不同的整车重量，并且能够在整车重量出现大幅度变化时，及时准确的调整控制系统以适配动态变化的车重。
[0006](4)商用车的发动机、变速箱、制动系统等车辆底盘执行机构的结构和性能与乘用车相比，也存在较多的不同之处。商用车的动力系统会具有更大的功率与扭矩，变速箱档位数量更多，发动机转速低，商用车的刹车系统一般为气刹系统而乘用车一般为油刹。商用车自动驾驶系统需要面向其驱动系统和制动系统的特点，开发适配的控制算法，针对大功率、大扭矩、多档位的驱动系统和气刹制动系统进行优化。
[0007]由于上述商用车与乘用车区别的存在，使得面向乘用车自动驾驶所开发的控制方法和技术，往往无法直接应用于商用车的自动驾驶系统。为了让商用车的自动驾驶控制系统更加安全、精确、可靠且能够提供舒适的驾乘体验，需要针对商用车的特点，有针对性的设计适用于商用车的自动驾驶控制方法。
[0008]现有商用车自动驾驶纵向控制方案，在架构层面通常分为两层，第一层是由自动驾驶控制算法为核心所搭建的控制模块，负责与上游的决策规划模块对接，读取输入的参考轨迹，并输出运算得到的控制指令；第二层是由底盘线控机构及其控制器、控制算法组成的底盘线控模块，是车辆底盘系统的一部分，负责与上游的控制模块对接，读取控制命令，操纵执行机构，改变车辆运动状态。
[0009]如图1所示，在第一层的控制模块中，采用PID(比例
‑
积分
‑
微分)控制器做为主要的控制算法，负责处理输入的参考轨迹和车辆运动状态，计算控制指令。另外配有FF(前馈)控制器，对外界干扰进行校正，例如对路面坡度、风阻进行控制指令的补偿。由第一层的控制模块计算得到的控制指令(例如，速度指令，加速度指令)传输给第二层的底盘线控模块，底盘线控模块根据输入的控制指令，判断此时应进入驱动模式还是制动模式，并由对应的驱动控制器和制动控制器负责将上游的指定，转换为执行机构可以执行的具体命令信号，进而操控车辆底盘，完成对上游控制指令的响应。
[0010]现有商用车自动驾驶纵向控制方案存在的不足之处在于：
[0011]纵向控制模块负责计算并发送控制指令，底盘线控模块负责接收并执行控制指令。纵向控制模块在进行计算时，虽然会使用车辆反馈的状态信息进行计算，但车辆反馈的信息通常是车辆的位置、速度、加速度、俯仰角、航向角和翻滚角的等整车级别的信息，缺少线控模块和执行机构状态信息的输入。因此，纵向控制模块可利用的信息类别有限，使得车辆的纵向控制精度与优化空间受到了限制。
[0012]第一层控制模块计算得出的控制指令通常是速度、加速等形式的运动指令，而第二层的底盘线控模块需要对指令进行后处理和运算，才能最终转换为执行机构可执行的命令信号。底盘线控机构的内部会设有专门的控制模块，内部的控制模块根据预设的控制算法，将上游传入的控制指令转换为执行机构可识别并执行的指令形式。例如，底盘线控模块的制动系统，从上游接收到减速度指令之后，为了达到目标的减速度，制动系统内部的控制器需要进行运算，将减速度指令转换为制动系统需要的刹车气压值，并施加到刹车系统上，最终让车辆获得目标减速度。从整体层面来看，相当于纵向控制系统中存在多套控制器和控制算法，控制链路冗长。并且纵向控制模块与底盘线控模块中的控制算法相互独立，算法的集成度低，使得车辆纵向控制的响应效果和控制精度受到了影响，还引入了额外的系统延迟。由于第一层的控制模块不会对第二层底盘执行机构的控制接口直接进行调度，导致底盘线控模块所提供的开发资源没有充分的发挥作用，提供更高的工程价值。

技术实现思路

[0013]本专利技术的专利技术目的在于提供一种商用车自动驾驶纵向控制系统及方法，能够有效提高商用车自动驾驶纵向控制的响应速度和控制精度。
[0014]基于同一专利技术构思，本专利技术具有两个独立的技术方案：
[0015]1、一种商用车自动驾驶纵向控制系统，包括：
[0016]环境前馈控制器，所述环境前馈控制器用于根据环境状态信息，输出车辆目标加速度补偿值；
[0017]底盘线控前馈控制器，所述底盘线控前馈控制器用于根据底盘状态信息、目标加速度和目标加速度补偿值，输出车辆控制命令；
[0018]PID控制器，所述PID控制器用于根据当前车速和目标车速，输出车辆控制补偿命令；
[0019]底盘线控模块，所述底盘线控模块用于根据所述车辆控制命令和车辆控制补偿命令，对车辆进行控制。
[0020]进一步地，还包括环境状态信息模块，所述环境状态信息模块用于计算输出环境状态信息，所述环境状态信息包括风阻信息和路面坡度信息，所述环境状态信息是根据车载传感器数据、地图数据和车辆的结构尺寸参数计算获得的。
[0021]进一步地，还包括决策规划模块，所述决策规划模块用于输出车辆参考轨迹信息，所述车辆参考轨迹信息包括车辆目标速度和/或目标加速度。
[0022]进一步地，所述底盘状态信息包括车辆重量信息、车速信息和车辆档位信息中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商用车自动驾驶纵向控制系统，其特征在于，包括：环境前馈控制器，所述环境前馈控制器用于根据环境状态信息，输出车辆目标加速度补偿值；底盘线控前馈控制器，所述底盘线控前馈控制器用于根据底盘状态信息、目标加速度和目标加速度补偿值，输出车辆控制命令；PID控制器，所述PID控制器用于根据当前车速和目标车速，输出车辆控制补偿命令；底盘线控模块，所述底盘线控模块用于根据所述车辆控制命令和车辆控制补偿命令，对车辆进行控制。2.根据权利要求1所述的商用车自动驾驶纵向控制系统，其特征在于：还包括环境状态信息模块，所述环境状态信息模块用于计算输出环境状态信息，所述环境状态信息包括风阻信息和路面坡度信息，所述环境状态信息是根据车载传感器数据、地图数据和车辆的结构尺寸参数计算获得的。3.根据权利要求1所述的商用车自动驾驶纵向控制系统，其特征在于：还包括决策规划模块，所述决策规划模块用于输出车辆参考轨迹信息，所述车辆参考轨迹信息包括车辆目标速度和/或目标加速度。4.根据权利要求1所述的商用车自动驾驶纵向控制系统，其特征在于：所述底盘状态信息包括车辆重量信息、车速信息和车辆档位信息中的一个或多个。5.根据权利要求4所述的商用车自动驾驶纵向控制系统，其特征在于：所述底盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱珩，郭晋文，韩坪良，王磊，
申请(专利权)人：苏州智加科技有限公司，
类型：发明
国别省市：