CN110888419A - 一种适用于代步车的行驶控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种适用于代步车的行驶控制方法及控制系统，至少包括以下步骤：基于第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；基于感测的障碍物接近信息获取第二行驶环境监测信息；基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的行驶。本发明通过逻辑混合方式形成混合控制命令，使得代步车既具有行驶稳定性又具有行驶敏捷性。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种适用于代步车的行驶控制方法及控制系统。
背景技术
随着社会的发展进步，在景区、园区等场合的人们多采用观光车代步。其中，电动汽车因具有对环境无污染的特点而多被用作观光车。由于景区、园区等场合人流密集，现有观光电动汽车一般需要配备专门的驾驶员进行驾驶操作，这需要投入大量人力和资金。并且，对于观光电动汽车而言，其行驶速度慢，并不需要具有高技术的驾驶人员控制驾驶。基于上述可知，提供一种用于观光电动汽车的自动驾驶控制系统是十分必要的。
公开号为CN106712789A的专利文献公开了一种控制代步车的方法及装置，用于实现对代步车的自动控制，提高代步车的智能性。所述方法包括：通过所述可穿戴设备获得周边道路信息，所述周边道路信息用于分析周边道路的路况、障碍物等的信息；分析获得的所述周边道路信息是否属于危险路况，所述危险路况指会影响代步车正常行驶的路况；在所述周边道路信息属于危险路况时，向与所述可穿戴设备建立连接的代步车发送用于避让危险路况的控制命令。
公开号为CN106926843A的专利文献公开了一种用于观光电动汽车的自动驾驶控制系统及控制方法，属于电动汽车领域。该自动驾驶控制系统，包括设置在车内的控制器，通过数据传输线和电源线分别与电子控制单元和电源连接。设置在前挡风玻璃上的摄像头。设置在车顶上的激光雷达，激光雷达的水平辐射角为360°。均匀设置在车身两侧的多个超声波雷达，且辐射面与两侧侧面平行。摄像头、激光雷达、超声波雷达均通过数据传输线和电源线分别与控制器和电源连接。控制器用于实时接收摄像头、激光雷达以及超声波雷达探测的数据信息并处理，然后实时向电子控制单元发送控制指令以控制电动汽车的行驶状态。该自动驾驶控制系统的探测精度高，能够低速、安全地行驶，便于游客观赏。
公开号为CN105825350A的专利文献公开了一种基于视频分析智慧旅游预警决策系统及其使用方法。基于视频分析智慧旅游预警决策系统，包括分布于景区进口和出口用于获取视频信息的摄像装置，还包括预警决策单元，以及分别与预警决策单元连接的对视频中车辆信息进行识别的车辆分析系统和对视频中游客进行人脸识别的人脸识别系统。本发明提供及时的各种数据给管理部门，系统对进出景区的人数进行统计，还对景区内滞留人数进行管控，可以让景区管理部门对人流车流的智能化管理，对庞大人流车量情况下，系统可以及时向社会各种公众平台发布景区预警信息。
上述现有技术均通过车内控制器作为操作终端，其能够有效的避免因用户的开车技巧或开车经验欠缺对代步车稳定行驶的影响。但是其实质上完全采用自动模式实现代步车的自主驾驶，其无法提供代步车在突发情况下所需的高敏捷性，不能够有效地提高代步车的行驶安全性。
发明内容
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。
一种适用于代步车的行驶控制方法，至少包括以下步骤：
基于第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的景点信息和实时人流量信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；
基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息；
基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；
结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的行驶。
根据一种优选实施方式，所述第一控制命令和所述第二控制命令能够按照控制逻辑混合比例的方式形成所述混合控制命令，其中，
按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果。
根据一种优选实施方式，第二控制命令的优先级别低于第一控制命令，其中，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照其混合比例大于一的方式生成所述混合控制命令；
第一控制命令至少能够调整代步车以满足输入的行驶方向和行驶速度的方式进行行驶，其中，代步车在经过计算机的辅助计算的情况下以实现平稳行驶状态的方式响应所述第一控制命令；
第二控制命令至少能够控制代步车以改变行驶方向和/或改变速度的方式进行行驶，其中，代步车能够在不进行计算机辅助计算的情况下直接响应所述第二控制命令。
根据一种优选实施方式，所述安全行驶状态集合用于衡量代步车基于当前的行驶控制命令进行行驶的安全程度，所述混合控制命令能够被配置为混合比例动态变化的模式，其中，在基于第一控制命令执行的行驶操作位于所述安全行驶状态集合之外的情况下，通过所述第二控制命令对所述第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。
根据一种优选实施方式，在接收到的第一控制命令或第二控制命令所确定的命令行驶方向在由所述安全行驶状态集合所确定的安全行驶方向范围之外的情况下，将所述命令行驶方向替换为安全行驶方向范围内对应的安全行驶方向并生成对应的行驶速度以避免碰撞风险，还通过预警反馈的方式将行驶操作变更信息反馈至游客。
根据一种优选实施方式，根据雷达和车载传感器获取障碍物信息和代步车行驶状态信息，通过如下公式计算针对转向力矩的补偿控制增益u*。补偿控制增益计算公式为：
其中，Hp为预测时域，(Xt+Hp,Yt+Hp)为内预测轨迹的终点坐标，避撞时汽车要达到的目标点坐标(Xg,Yg)，Δu为控制量变化率。
根据一种优选实施方式，在所述代步车接收到所述第一控制命令或所述第二控制命令的条件下，反馈代步车的当前位置坐标和目标位置坐标，其中，
基于所述当前位置坐标和所述目标位置坐标计算代步车的第一坐标加速度和第二坐标加速度，在第一坐标加速度和第二坐标加速度的差值大于规定阈值的情况下，终止所述第一控制命令或所述第二控制命令并按照显示身份验证信息的方式对游客身份进行验证。
根据一种优选实施方式，所述第一坐标加速度是代步车基于计算得到的基于代步车车体坐标系的横摆加速度，所述第二坐标加速度是代步车基于测量得到的基于代步车车体坐标系的横摆加速度。
一种适用于代步车的行驶控制系统，至少包括行驶控制模块、导航模块和动力模块，所述行驶控制模块被配置为：
基于导航模块采集的第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的天气信息和景区内交通信息生成第一行驶环境监测信息，基于所述第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；
基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息；
基于所述第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于所述第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令能够按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；
结合当前行驶数据和所述第一控制命令、所述第二控制命令或所述混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的动力模块。
根据一种优选实施方式，所述行驶控制系统还包括共混逻辑模块，其中，所述共混逻辑模块被配置为：
按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果；
在基于第一控制命令执行的行驶操作位于所述安全行驶状态集合之外的情况下，通过所述第二控制命令对所述第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。
本发明的有益技术效果：
(1)通过逻辑混合方式形成混合控制命令，既可以保留通过计算机计算后的自主行驶模式的行驶稳定性，又能保留人为驾驶下的行驶敏捷性，基于不同的行驶场景，使得代步车的行驶更具有安全性。
(2)采用施加控制增益的方式对代步车进行控制，使得由该方法控制的闭环系统能够稳定调节至方向盘突变力矩，从而具有良好的鲁棒性和控制精度。
(3)基于GPS导航易受干扰的特性，通过建立基于地理坐标系的加速度和基于代步车坐标系的加速度的方式，能够有效的增加在自主行驶模式下，代步车接收到的虚假GPS信号的判断准确率，从而进一步有效的提高代步车的安全行驶。
附图说明
图1是本发明优选的行驶控制系统的逻辑关系示意图；
图2是本发明优选的各模块的连接关系示意图；
图3是本发明优选的判断代步车是否会与障碍物发生碰撞的方法示意图；
图4是本发明优选的代步车与障碍物位置关系的坐标系示意图；和
图5是本发明优选的代步车与障碍物运动关系的坐标系示意图；
附图标记列表
1：行驶控制模块 2：导航模块 3：动力模块
4：逻辑混合模块 5：传感器模块
401：第一命令接收器 402：第二命令接收器
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种适用于代步车的行驶控制方法，至少包括以下步骤：
S1：基于第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的景点信息和实时人流量信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；
S2：基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息；
S3：基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；
S4：结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的行驶。
为了便于理解，下面对上述步骤进行详细论述。
S1：基于第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的景点信息和实时人流量信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合。
优选的，第一行驶环境监测信息可以包括诸如是景点信息、实时人流量信息或障碍物信息等。其可以通过联入互联网并访问上行数据库的方式获取。第一地理位置是指代步车的初始起始位置，第二地理位置是指代步车的目标终点位置，基于不同的行驶需求的可以制定出若干条不同的行驶路径，例如，从景点A的位置到达景点B的位置的途中必须经过景点C，则行驶路径为从景点A到景点C，再从景点C到景点B。
优选的，代步车可以基于景区入口和景区出口之间的多个景点来制定行驶路径。例如，基于游客根据个人喜好选择游玩的景点，选择代步车从景区入口到景区出口的路径中，能够途径所选择游玩的所有景点的优选路径作为行驶路径。代步车还能够基于景区内实时滞留人数以及各个景点以往平均滞留人数制定行驶路径。例如，在实时滞留人数的基数较大的情况下，根据不同时间段对应的以往平均滞留人数，优选在以往平均滞留人数较低的时间段抵达对应的景点的路径作为行驶路径。代步车还可以基于从景区入口和景区出口行驶所需时间来指定行驶路径。例如，基于游客选择的游玩时间，选择代步车从景区入口到景区出口的路径中能够满足该游玩时间的优选路径作为行驶路径。代步车还可以基于景区热门活动或景区购物信息制定行驶路径。例如，景区内不同景点具有不同购物信息以及在特殊节日举办有热门活动，优选代步车能够途径各个热门活动的路径作为行驶路径。代步车还可以基于景区内交通信息制定行驶路径。例如，根据其它代步车的行驶路径，优选其它代步车的数量较少的路径作为行驶路径。
优选的，安全行驶状态集合用于衡量代步车基于当前的行驶控制命令进行行驶的安全程度。可以通过结合代步车自身情况和第一行驶环境监测信息的方式共同确定安全行驶状态集合。例如，根据联入互联网并访问上行数据库的方式获取其它代步车的行驶路径，代步车选择与其匹配后重合率最低的路径作为行驶路径，但是在行驶过程中，由于其他代步车临时更换行驶路径方案，使得代步车选择的原行驶路径上的其它代步车数量增多，行驶时间比原预计时间增长，在代步车自身的蓄电池组供电能力不足的情况下，判断当前行驶路径不属于安全行驶状态集合。
S2：基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息。
优选的，可以通过基于发射超声波并接受反馈的声波的方式确定障碍物接近信息。代步车的上、下、左、右、前和后六个方向上均可以通过安装超声波发射器的方式朝其对应方向发射超声波，从而使得代步车能够全方位的监测障碍物接近信息。通过记录超声波的发射和反馈接收时间并计算时间差的方式可以确定代步车与障碍物之间的相对距离。同时结合代步车的当前行驶速度和指定时间内代步车与障碍物之间的相对距离的减小值可以确定障碍物是处于运动状态还是处于静止状态。
优选的，基于感知的障碍物接近信息的进一步处理可以得到代步车的碰撞预警信息。例如，基于运动状态下的障碍物，基于指定时间段内的超声波反馈数据形成其运动轨迹，可以将其运动轨迹的延长线作为其预测运行轨迹，从而进一步判断代步车与障碍物之间的碰撞时间和碰撞地点。
S3：基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令。
优选的，第一控制命令至少能够调整代步车以满足输入的行驶方向和行驶速度的方式进行行驶，其中，代步车在经过计算机的辅助计算的情况下以实现平稳行驶状态的方式响应所述第二控制命令。例如，游客可以输入从A位置到B位置所需的最短时间为T1的行驶申请，代步车能够基于行驶申请，结合第一行驶环境监测信息中的例如是天气信息和景区内交通信息等，经过计算机的辅助计算后，自动生成一条从A位置到B位置的行驶路径和行驶速度的行驶执行方案。同时保证该行驶执行方案的安全程度最高以使得行驶的全程均能够在计算机的计算下进行精确控制，从而保证行驶具有驾驶的平稳性。在特定情况下，第一控制命令还可以是代步车基于第二行驶环境监测信息进行计算处理后生成的行驶避障命令。例如，代步车在障碍物与代步车发生碰撞还需要较长的时间的情况下，此时间足够代步车通过自主计算生成行驶避障策略以自主避障。
优选的，第二控制命令至少能够控制代步车以改变行驶方向和/或改变速度的方式进行行驶，其中，代步车能够在不进行计算机辅助计算的情况下直接响应第二控制命令。第二控制命令可以是游客在遇到突发状态时直接输入的即时控制命令，第二控制命令一经输入便立刻执行，使得游客可以按照手动驾驶模式直接驾驶代步车。
优选的，第一控制命令和第二控制命令能够按照控制逻辑混合比例的方式形成混合控制命令，其中，按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果。具体的，在检测到障碍物靠近的情况下，游客可以基于其获知的实际行驶状况制定躲避障碍的策略。其可以及时代步车加速行驶或者突然转向。在加速行驶的过程中，往往对避免障碍物所需的最低行驶速度把控不准，从而采用代步车能够达到的最大速度进行避障，增大行驶速度会增加行驶的不稳定性和所需消耗的行驶功率。在该种情况下，可以适当降低执行第二控制命令所需的行驶速度的反馈量，即在保证能够避障的情况下，对第二控制命令生成的行驶速度进行一定量的衰减。
优选的，在特定的条件下，第二控制命令的优先级别可以低于第一控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令按照其混合比例大于一的方式生成混合控制命令。具体的，代步车可以基于第二行驶环境监测信息的判断代步车的行驶安全程度，即感测的障碍物接近情况对代步车的安全行驶产生的影响程度。例如，动态的障碍物比静态的障碍物对代步车的威胁更大，还可以是行驶速度快的障碍物比行驶速度慢的障碍物对代步车的威胁更大。通过对代步车的行驶安全程度进行评估确定障碍物对代步车的威胁较小，且代步车通过计算生成的第一控制命令足以躲避障碍物以避免发生碰撞的条件下，优先执行第一控制命令。或者按照第一控制命令和第二控制命令的混合比例大于一的方式生成混合控制命令，从而可以最大程度地保留第一控制命令驾驶代步车时的行驶稳定性，进而最大程度地降低了游客驾驶所带来的行驶不稳定性。
S4：结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的行驶。
优选的，根据实时采集的障碍物信息、目标点坐标、代步车行驶状态信息，进行实时优化计算得出代步车的前轮转角和四个车轮滑移率，进而控制代步车实现避撞；其中，障碍物信息包括由雷达传感器测量获得的障碍物外形轮廓的离散点坐标，代步车行驶状态信息包括代步车纵向速度和侧向速度以及横摆角速度，纵向速度和侧向速度可以由车速传感器测量获得，横摆角速度可以由陀螺仪测量获得；在控制避撞过程中，通过电动助力转向(EPS)力矩补偿模块根据车速、前轮附加转角，确定力矩补偿控制增益，将方向盘突变力矩控制在理想范围内。
具体的，根据雷达和车载传感器获取障碍物信息和代步车行驶状态信息，通过如下公式计算针对转向力矩的补偿控制增益u*。补偿控制增益计算公式为：
其中，Hp为预测时域，(Xt+Hp,Yt+Hp)为内预测轨迹的终点坐标，避撞时汽车要达到的目标点坐标(Xg,Yg)，控制量u为代步车前轮转角δ和四个车轮滑移率si，其中，i∈{1,2,3,4}，Δu为控制量变化率。
为了便于理解，将补偿控制增益使得代步车具有更好的稳定性的原理进行如下详细说明。
以预测时域Hp内预测轨迹的终点坐标(Xt+Hp,Yt+Hp)与避碰时代步车的目标点坐标(Xg,Yg)误差的二范数为评价标准，表达式如下：
利用控制量变化率的二范数描述避撞过程中的执行器的转向制动平滑特性，其中控制量u为代步车前轮转角δ和四个车轮滑移率si，其中，i∈{1,2,3,4}，建立离散二次型转向制动平滑指标，表达式如下：
其中，Hc为控制时域，t表示当前时刻，Δu为控制量变化率，w为Δu的权重系数。
利用线性不等式限制前轮转角和四个车轮滑移率的上下限，分别得到转向、制动执行器的物理约束，其数学表达式为：
δmin＜δk,t＜δmax，其中，k＝t,t+1……t+Hc-1， (4)
simin＜sik,t＜simax，其中，i∈{1,2,3,4}，k＝t,t+1……t+Hc-1， (5)
其中δmin为前轮转角下限，δmax为前轮转角上限，simin为四个车轮滑移率下限，simax为四个车轮滑移率上限。
如图4所示，t时刻障碍物的位置信息可表征为N个离散点的集合，这些信息可由雷达测量获得，其中第j个离散点的坐标表示为(Xj,t，Yj,t)，t时刻的汽车质心坐标记为(Xk,t，Yk,t)，可由代步车模型计算得出，位置约束定为
L(Xj,t，Yj,t，Xk,t，Yk,t)＜0，其中，k＝t,t+1……t+Hc-1， (6)
DXj,t＝(Yj,t-Yk,t)sinψk,t+(Xj,t-Xk,t)cosψk,t， (8)
DYj,t＝(Yj,t-Yk,t)sinψk,t+(Xj,t-Xk,t)cosψk,t， (9)
其中，a为汽车质心到车头的距离，b为汽车质心到车尾的距离，c为汽车车宽的一半，ψk,t为以t时刻为起点预测时域内k时刻汽车的横摆角，Dxj,t为障碍物第j个离散点在汽车坐标系中到汽车质心的纵向距离，DYj,t为障碍物第j个离散点在汽车坐标系中到汽车质心的横向距离。
如图5所示，代步车行驶过程中，障碍物可能以运动的方式突然出现；考虑障碍物沿Y方向运动情况，假定在预测时域内障碍物以恒定速度运动。公式(6)表示了代步车与障碍物N个离散点的接近程度，L值越大，说明代步车与障碍物对应离散点的距离越接近，也就越危险。为了保证算法实时性，定义t时刻值最大的障碍物离散点j为当前采样周期内的危险点，记为(Xj,t，Yj,t)，在预测时域内基于此危险点对障碍物运动进行预测，迭代关系表示为：
(Xj,t，Yj,t)＝(Xj,k-1，Yj,k-1)+Δdt， (10)
其中，k＝t,t+1,…,t+Hp，Δdt＝(Xj,t-Xj,t-1，Yj,t-Yj,t-1)，
其中，(Xj,t-1,Yj,t-1)为危险点在t-1时刻的坐标；(Xj,k,Yj,k)为预测时域内k时刻危险点的坐标。通过迭代的方式更新公式(5)中的障碍物离散点坐标，在预测时域内将障碍物的位置变化整合为模型预测控制算法的位置约束。
从雷达和车载传感器获取障碍物信息和汽车行驶状态信息，利用线性加权法将跟踪性能指标和转向制动平滑指标转化为单一指标，构建紧急避撞多目标优化控制问题，该问题要同时满足转向、制动执行器的物理约束和位置约束，且保证紧急避撞系统输入输出符合汽车动力学模型特性：
调用SQP算法，求解多目标优化控制问题(10)，得到最优补偿控制增益计算公式为：
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
优选的，在基于第一控制命令执行的行驶操作位于安全行驶状态集合之外的情况下，通过第二控制命令对第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。第一控制命令并不适用于代步车的全行驶过程，例如，在其他代步车临时更换行驶路径方案等情况下，行驶路径选择的原行驶路径上的其它代步车数量增多，使得行驶时间增长的同时对代步车的续航能力也提出更高要求，此时可以基于实际的行驶状态基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，第二控制命令用于对第一行驶控制命令进行修正，通过改变行驶状态的方式适应行驶环境的变化。
优选的，混合控制命令的混合比例能够基于第一行驶环境监测信息和第二行驶环境监测信息动态变化以使得代步车随时处于敏捷性和稳定性俱佳的行驶状态。
优选的，在接收到的第一控制命令或第二控制命令所确定的命令行驶方向在由安全行驶状态集合所确定的安全行驶方向范围之外的情况下，将命令行驶方向替换为安全行驶方向范围内对应的安全行驶方向并生成对应的行驶速度以避免碰撞风险，还通过预警反馈的方式将驾驶操作变更信息反馈至游客。安全行驶方向是保证安全行驶的最基本条件，在不满足安全行驶方向的条件下，代步车能够拒绝执行控制命令以最大程度的保证代步车的安全行驶，或者将行驶行驶方向替换为安全行驶方向范围内的行驶方向。
优选的，如图3所示，在代步车接收到第一控制命令或第二控制命令的条件下，反馈代步车的当前位置坐标和目标位置坐标，其中，基于当前位置坐标和目标位置坐标计算代步车的第一坐标加速度和第二坐标加速度，在第一坐标加速度和第二坐标加速度的差值大于规定阈值的情况下，终止第一控制命令或第二控制命令并按照显示身份验证信息的方式对游客身份进行验证。第一坐标加速度是代步车基于计算得到基于代步车车体坐标系的加速度，第二坐标加速度是基于测量得到的基于代步车车体坐标系的加速度。获取第一坐标加速度和第二坐标加速度至少包括如下步骤：
A1：根据陀螺仪测量的横摆角速度计算出坐标从代步车坐标系到地理坐标系的转换矩阵M(t)。
具体的，代步车可以通过安装在其上的GPS接收器、陀螺仪和加速度计采集相关坐标数据。利用陀螺仪可以测出横摆角速度ω(t)＝[ωx(t)，ωy(t)，ωz(t)]，下标x表示代步车的与前进方向平行的横轴方向，下标y表示代步车的纵轴方向，下标z表示代步车的竖轴方向。从而可以得到代步车从代步车坐标系到地理坐标系的坐标转换矩阵M(t)，其中，Mij(t)是转换矩阵的元素。
其中，M11(t)＝q0(t)2+q1(t)2-q2(t)2-q3(t)2，M12(t)＝2(q1(t)q2(t)-q0(t)q3(t))，M13(t)＝2(q1(t)q3(t)+q0(t)q2(t))，M21(t)＝2(q1(t)q2(t)+q0(t)q3(t))，M22(t)＝q0(t)2-q1(t)2+q2(t)2-q3(t)2，M23(t)＝2(q2(t)q3(t)-q0(t)q1(t))，M31(t)＝2(q1(t)q3(t)-q0(t)q2(t))，M32(t)＝2(q3(t)q2(t)+q0(t)q1(t))，M33(t)＝q0(t)2-q1(t)2-q2(t)2+q3(t)2。其中，qi(t)是代步车的行驶转向变量，可以通过以下公式进行计算：
A2：根据GPS接收器的GPS数据，计算代步车的基于地理坐标系的横摆加速度。
具体的，根据GPS的位置信息P(t)＝[Px(t)，Py(t)，Ph(t)]可以计算得到基于地理坐标系的加速度A(t)＝[Ax(t)，Ay(t)，Ah(t)]，下标x代表纬度方向，下标y代表经度方向，下标h代表高度方向。其中A(t)可以通过以下公式进行计算：
其中，V(t)为代步车的速度，Δt是GPS采样的时间间隔。V(t)可以通过以下公式进行计算：
A3：利用转换矩阵M(t)将基于地理坐标系的横摆加速度转换成基于代步车车体坐标系的横摆加速度。
具体的，将GPS计算得到的横摆加速度A(t)转换成代步车车体坐标系的横摆加速度A*(t)公式为：A*(t)＝M-1(t)×A(t)。其中，M-1(t)为坐标转换矩阵M(t)的逆矩阵。
A4：将横摆加速度计测量的比力去除车身重量带来的惯性的影响，转变成代步车车体坐标系的横摆加速度。
具体的，计算公式为：A’(t)＝F(t)-[0，0，mg]T，其中，F(t)为比力，mg为代步车车身的重量。
优选的，在A*(t)和A’(t)的差值Δa大于某一阈值的条件下，表明代步车可能会与障碍物发生碰撞，可以采用停止制动代步车的方式终止第一控制命令或第二控制命令，同时代步车可以通过显示身份验证信息的方式，核对驾驶者的身份信息后才能重新启动。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改经，重复的内容不再赘述。
如图1和图2所示，本发明还提供一种适用于代步车的行驶控制系统，至少包括行驶控制模块1、导航模块2、动力模块3、逻辑混合模块4和传感器模块5。行驶控制模块1被配置为：基于导航模块采集的第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的天气信息和景区内交通信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合。基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息。基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令。结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的动力模块。
优选的，导航模块2可以基于其内置的GPS芯片进行代步车的准确定位，通过GPS芯片能够确定代步车的行驶速度和行驶方向等重要信息。传感器模块5可以包括例如是陀螺仪、加速度计、气压计、远红外感应器、超声波传感器和光流传感器等。根据需求，代步车可以搭载不同的传感器以使得代步车能够采集多种数据信息，并且能够更加准确的监测其行驶环境信息。动力模块3用于为代步车提供行驶的驱动力，通过统一的电源进行供电驱动。
优选的，逻辑混合模块4被配置为：按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果。在基于第一控制命令执行的行驶操作位于所述安全行驶状态集合之外的情况下，通过第二控制命令对第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。
优选的，针对同一个待控制器件，第一控制命令和第二控制命令均能够控制其进行指定动作，例如，在代步车需要在指定时间内抵达指定地点的情况下，第一控制命令是计算机经过计算处理后生成的对代步车发动机转速改变的控制命令，第二控制命令是行驶员根据其观察到的实际情况通过控制方向盘生成的对代步车襟翼形态改变的控制命令。第一控制命令是行驶员通过经验下达的不精确的控制命令，该命令可能使得襟翼形态的改变量过大或过小，从而造成在改变量过大的情况下襟翼受到的冲击力增加，代步车虽然能够提前于指定时间达到至指定地点，但代步车的行驶平稳定性降低。第二控制命令是经计算机根据例如是当前地点、指定地点和指定时间的数据进行精确计算后得到的精确的控制命令，该控制命令能够使得发动机转速的改变量与实际需求相符，从而使得代步车既能在指定时间内抵达指定地点，又能最大程度地保持代步车的行驶平稳性。
混合控制命令本质上是基于第一控制命令所产生的执行元件的第一反馈量和第二控制命令所产生的对应的执行元件的第二反馈量进行修正以形成按照第三反馈量控制执行元件的控制命令，其中，第三反馈量是通过第一反馈量和第二反馈量彼此之间按照一定的混合比例进行修正后得到的。例如，在代步车需要在指定时间内抵达指定地点的情况下，第二控制命令所产生的发动机转速的变化量为200r/min，第一控制命令产生的发动机转速的变化量为300r/min，第一控制命令和第二控制命令按照7：3的比例进行混合生成混合控制命令，则混合控制命令产生的发动机转速的变化量为300r/min*0.7+200r/min*0.3＝270r/min。混合控制命令也可以理解为按照混合比例对第一控制命令或第二控制命令进行削弱或增强后得到的综合控制命令。第一控制命令与第二控制命令的混合比例可以是预先设定的固定值，例如在代步车设置为自动驾驶模式下时，第一控制命令与第二控制命令按照混合比例大于一的方式混合，混合比例可以是7：3或6：4。在代步车设置为手动行驶模式下的情况下，第一控制命令与第二控制命令按照混合比例小于一的方式混合，混合比例可以是3：7或4：6。优选的，第一控制命令和第二控制命令的混合比例能够被设置为动态变化的形态。例如，在自动行驶模式下，可以基于代步车与障碍物的距离或者行驶员所做出的第二控制命令的时间点确定第二控制命令对第一控制命令的干预程度。具体的，在自动行驶模式下，障碍物为静止状态且当障碍物与代步车距离大于安全距离时，代步车完全有能力依据其计算生成的第一控制命令躲避障碍物，此时行驶员以产生第二控制命令的方式对自动行驶进行干涉所带来的意义并不大，故而应该将第一控制命令与第二控制命令的比例设置为最大值以尽量保证按照第一控制命令控制代步车行驶，最大值可以根据实际情况进行设定，可以设定为例如是9：1。当障碍物由静止状态突然转变为运动状态时，此时行驶员可以以第二控制命令按照手动驾驶的方式对自动行驶进行干涉以避免自动行驶无法应对此突发状况，对应地，第一控制命令与第二控制命令的混合比例减小以增强代步车的反应及时性。例如第一控制命令与第二控制命令的混合比例可以由初始的9：1改为7：3。
将第一控制命令和第二控制命令进行混合后形成混合控制命令还能够有效地避免驾驶过程中行驶模式突然切换可能引发的安全事故。例如，代步车可以基于设定的行驶速度、设定的行驶时间和设定的行驶地点按照第一控制命令进行自动行驶，行驶员并不参与代步车行驶的控制。当遇例如是前方具有障碍的突发情况时，行驶员往往需要立即通过方向盘控制代步车改变方向以躲避障碍，此时，行驶模式由自动行驶占主导改变为手动模式占主导。在上述紧急的情况下，行驶员极有可能基于行驶经验及突发事件处理经验的不足导致代步车以最大的行驶方向改变以躲避障碍，急剧的行驶方向改变使得代步车承受巨大的外力可能导致代步车元件的失效。在此种情况下，通过计算机计算处理得到的第一控制命令去修正行驶员的第二控制命令，能够以较小的行驶方向改变量和较慢的行驶方向改变速度躲避障碍，进而避免安全隐患的产生。
为了便于理解，将逻辑混合模块的工作原理进行如下详细论述。
如图1所示，行驶控制系统还包括第一命令接收器和第二命令接收器。其中，第一命令接收器401用于接收第一控制命令或者选择第一控制命令下的自动行驶模式。第二命令接收器402用于接收第二控制命令或者选择第二控制命令下的手动行驶模式。第一控制命令控制代步车的行驶路径、横摆加速度和速度等行驶参数，第二控制命令控制代步车的操纵面。
第一命令接收器将第一控制命令转换为代步车的行驶路径、横摆加速度和速度等行驶参数的第一控制信号，第二控制命令接收器将第二控制命令转换为控制代步车操纵面的第二控制信号，其中，第一控制信号能够按照前馈的方式与第二控制信号进行匹配，从而便于代步车从实现第二控制信号所需的操纵面的多种方式中进行快捷的选择以达到第一控制信号所需的横摆加速度或速度。
再次参见图1，第一控制命令和第二控制命令只有一者存在的情况下，第一控制命令或第二控制命令直接传输至行驶控制模块1中进行处理从而输出控制代步车操纵面或动力模块3的控制命令。在第一控制命令和第二控制命令同时存在的情况下，第一控制命令和第二控制命令首先传输至逻辑混合模块进行逻辑混合处理以对第二控制命令进行削弱并形成混合控制命令。第一控制命令与第二控制命令的混合比例根据传感器模块监测的当前行驶能环境信息和代步车行驶状态信息进行确定。行驶控制模块在接收到混合控制命令后控制操纵面或动力模块作出相应调整以改变代步车的行驶状态。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种适用于代步车的行驶控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
基于第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的景点信息和实时人流量信息生成第一行驶环境监测信息，基于第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；
基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息；
基于第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令可以按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；
结合当前行驶数据和第一控制命令、第二控制命令或混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的行驶。
2.如权利要求1所述的行驶控制方法，其特征在于，所述第一控制命令和所述第二控制命令能够按照控制逻辑混合比例的方式形成所述混合控制命令，其中，
按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果。
3.如权利要求2所述的行驶控制方法，其特征在于，第二控制命令的优先级别低于第一控制命令，其中，
所述第一控制命令和所述第二控制命令按照其混合比例大于一的方式生成所述混合控制命令；
第一控制命令至少能够调整代步车以满足输入的行驶方向和行驶速度的方式进行行驶，其中，代步车在经过计算机的辅助计算的情况下以实现平稳行驶状态的方式响应所述第一控制命令；
第二控制命令至少能够控制代步车以改变行驶方向和/或改变速度的方式进行行驶，其中，代步车能够在不进行计算机辅助计算的情况下直接响应所述第二控制命令。
4.如权利要求3所述的行驶控制方法，其特征在于，所述安全行驶状态集合用于衡量代步车基于当前的行驶控制命令进行行驶的安全程度，所述混合控制命令能够被配置为混合比例动态变化的模式，其中，
在基于第一控制命令执行的行驶操作位于所述安全行驶状态集合之外的情况下，通过所述第二控制命令对所述第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。
5.如权利要求4所述的行驶控制方法，其特征在于，在接收到的第一控制命令或第二控制命令所确定的命令行驶方向在由所述安全行驶状态集合所确定的安全行驶方向范围之外的情况下，将所述命令行驶方向替换为安全行驶方向范围内对应的安全行驶方向并生成对应的行驶速度以避免碰撞风险，还通过预警反馈的方式将行驶操作变更信息反馈至游客。
6.如权利要求1至5之一所述的行驶控制方法，其特征在于，根据雷达和车载传感器获取障碍物信息和代步车行驶状态信息，通过如下公式计算针对转向力矩的补偿控制增益u*，补偿控制增益计算公式为：
其中，Hp为预测时域，(Xt+Hp,Yt+Hp)为内预测轨迹的终点坐标，避撞时汽车要达到的目标点坐标(Xg,Yg)，Δu为控制量变化率。
7.如权利要求6所述的行驶控制方法，其特征在于，在所述代步车接收到所述第一控制命令或所述第二控制命令的条件下，反馈代步车的当前位置坐标和目标位置坐标，其中，
基于所述当前位置坐标和所述目标位置坐标计算代步车的第一坐标加速度和第二坐标加速度，在第一坐标加速度和第二坐标加速度的差值大于规定阈值的情况下，终止所述第一控制命令或所述第二控制命令并按照显示身份验证信息的方式对游客身份进行验证。
8.如权利要求7所述的行驶控制方法，其特征在于，所述第一坐标加速度是代步车基于计算得到的基于代步车车体坐标系的横摆加速度，所述第二坐标加速度是代步车基于测量得到的基于代步车车体坐标系的横摆加速度。
9.一种适用于代步车的行驶控制系统，至少包括行驶控制模块、导航模块和动力模块，其特征在于，所述行驶控制模块被配置为：
基于导航模块采集的第一地理位置和第二地理位置确定若干个行驶路径并基于与行驶路径所涉及区域相关联的天气信息和景区内交通信息生成第一行驶环境监测信息，基于所述第一行驶环境监测信息确定安全行驶状态集合；
基于感测的障碍物接近信息获取至少由障碍物的形状体积、运动状态以及代步车与障碍物的相对距离组成的第二行驶环境监测信息；
基于所述第一行驶环境监测信息生成第一控制命令，基于所述第二行驶环境监测信息生成第二控制命令，其中，第一控制命令和第二控制命令能够按照逻辑混合的方式形成混合控制命令；
结合当前行驶数据和所述第一控制命令、所述第二控制命令或所述混合控制命令，按照形成控制增益的方式控制代步车的动力模块。
10.如权利要求9所述的行驶控制系统，其特征在于，所述行驶控制系统还包括共混逻辑模块，其中，所述共混逻辑模块被配置为：
按照减少第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照减少第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果；
在基于第一控制命令执行的行驶操作位于所述安全行驶状态集合之外的情况下，通过所述第二控制命令对所述第一控制命令进行修正或替换，并降低第一控制命令与第二控制命令的混合比例。
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| CN201810932892.7A CN110888419A (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 一种适用于代步车的行驶控制方法及控制系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116278796A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-06-23 | 广州雷利诺车业有限公司 | 非公路用旅游观光电车智能行驶控制系统及控制方法 |
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