CN111216728A - 制动刹车控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制动刹车控制方法及系统，该方法包括：获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，进行制动刹车。本发明能够解决无人驾驶汽车在制动刹车时会出现点刹或者刹车顿挫的问题。

Description

制动刹车控制方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种制动刹车控制方法及系统。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展和人们生活条件的不断改善，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。无人驾驶汽车是智能汽车的一种，其主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目的。
由于无人驾驶汽车主要依靠无人驾驶控制器操纵，在进行制动刹车中，传统的执行装置以主缸压力为输入，而主缸压力保压情况不稳，会出现压力不足或者出现压力过大等情况，导致点刹或者刹车顿挫等不平稳的情况，导致乘坐舒适感较差。
发明内容
为此，本发明的一个目的在于提出一种制动刹车控制方法，以解决无人驾驶汽车在制动刹车时会出现点刹或者刹车顿挫的问题。
一种制动刹车控制方法，包括：
获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；
根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；
根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；
将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；
以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
根据本发明提供的制动刹车控制方法，根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益，然后将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；最后以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，改变了传统的主缸压力为输入模式，本发明实现了以主缸行程作为控制输入的控制方法，使用主缸行程作为输入执行制动，主缸行程就是里面活塞的行程，发送的指令也是行程百分比，活塞活动到相应行程，保压性好，与实际请求压力偏差小，超调小，且能够通过设置不同场景下的控制参数，最终有效解决车辆制动点刹、刹车顿挫等不平稳的情况。
另外，根据本发明上述的制动刹车控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点的步骤包括：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
进一步地，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益的步骤中，采用以下公式计算输出量速度增益：
Figure BDA0002414658430000021
其中，u(k)为输出量，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure BDA0002414658430000022
为积分系数，
Figure BDA0002414658430000023
为微分系数。
进一步地，将刹车和油门值发送给车辆的刹车或油门的执行装置，以进行相应的制动刹车的步骤之后，所述方法还包括：
判断车辆速度是否小于预设速度；
当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
进一步地，所述预设速度为3km/h。
本发明的另一个目的在于提出一种制动刹车控制系统，以解决无人驾驶汽车在制动刹车时会出现点刹或者刹车顿挫的问题。
一种制动刹车控制系统，包括：
获取模块，用于获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；
计算模块，用于根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；
第一输出模块，用于根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；
第二输出模块，用于将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；
查找发送模块，用于以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
根据本发明提供的制动刹车控制系统，根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益，然后将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；最后以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，改变了传统的主缸压力为输入模式，本发明实现了以主缸行程作为控制输入的控制方法，使用主缸行程作为输入执行制动，主缸行程就是里面活塞的行程，发送的指令也是行程百分比，活塞活动到相应行程，保压性好，与实际请求压力偏差小，超调小，且能够通过设置不同场景下的控制参数，最终有效解决车辆制动点刹、刹车顿挫等不平稳的情况。
另外，根据本发明上述的制动刹车控制系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，计算模块具体用于：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
进一步地，第一输出模块采用以下公式计算速度增益：
Figure BDA0002414658430000041
其中，u(k)为输出量，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure BDA0002414658430000042
为积分系数，
Figure BDA0002414658430000043
为微分系数。
进一步地，所述系统还包括：
判断模块，用于判断车辆速度是否小于预设速度；
启用模块，用于当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
进一步地，所述预设速度为3km/h。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明第一实施例的制动刹车控制方法的流程图；
图2是根据本发明第二实施例的制动刹车控制系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一实施例提出的制动刹车控制方法，包括步骤S101～S103。
S101，获取车辆的实际位置信息和规划位置信息。
其中，可以通过GPS和IMU(惯性测量单元)定位车辆的实际位置信息，GPS和IMU将实际位置信息发送到控制器master中，同时规划模块也将其规划的大量的规划位置信息发送到master中。
S102，根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点。
其中，步骤S102具体包括：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
具体的，首先，利用黄金比例搜索算法找到插值系数，再调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点P。
黄金比例搜索算法原理如下：
若函数f(x)在区间[a,b]上是单峰函数(有唯一最大值或最小值，此处假设有唯一极小值)，则在区间[a,b]内选取两点c，d，a<c<d<b，则有f(c)<max{f(a),f(b)},f(d)<max{f(a),f(b)}。
若f(c)<f(d),则最小值出现在区间(a,d]上，此时就用d代替b，在子区间(a,d]上继续搜索。
若f(c)>f(d),则最小值出现在区间(c,b]上，此时就用c代替a，在子区间(c,b]上继续搜索。
一直搜索到c和d之间的距离小于设定的精度，再将[a,b]的中点作为搜索到的点作为最小值点返回。
线性插值函数原理公式如下：
Figure BDA0002414658430000051
x＝x0+r(x1-x0)
其中，x0、x1表示两个位置点，x为所求位置点，t0为原点到目标点x0的距离。t为插值参数。
球面线性插值法与线性插值法原理类似。
S103，根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益。
其中，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益的步骤中，采用以下公式计算输出量速度增益：
Figure BDA0002414658430000061
其中，u(k)为输出量，以位置偏差作为输入时，该输出量为速度增益，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure BDA0002414658430000062
为积分系数，
Figure BDA0002414658430000063
为微分系数。
S104，将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿。
其中，PID控制算法采用的公式与步骤S103一致，只是将输入量换位速度偏差，对应得到的输出量为加速度补偿。
S105，以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
其中，开环标定表是预先标定好的，刹车指令主要是指百分比。
作为一个具体示例，在步骤S105之后，所述方法还包括：
判断车辆速度是否小于预设速度；
当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
其中，预设速度具体为3km/h，将车辆速度小于3km/h时，主缸行程回位为0，此时车辆会自动启用standingstill模式(即等待模式)进行刹车至稳定停止并保持。
综上，根据本实施例提供的制动刹车控制方法，根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益，然后将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；最后以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，改变了传统的主缸压力为输入模式，本发明实现了以主缸行程作为控制输入的控制方法，使用主缸行程作为输入执行制动，主缸行程就是里面活塞的行程，发送的指令也是行程百分比，活塞活动到相应行程，保压性好，与实际请求压力偏差小，超调小，且能够通过设置不同场景下的控制参数，最终有效解决车辆制动点刹、刹车顿挫等不平稳的情况。
请参阅图2，基于同一发明构思，本发明第二实施例提出的制动刹车控制系统，包括：
获取模块10，用于获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；
计算模块20，用于根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；
第一输出模块30，用于根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；
第二输出模块40，用于将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；
查找发送模块50，用于以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
本实施例中，计算模块20具体用于：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
本实施例中，第一输出模块30采用以下公式计算速度增益：
Figure BDA0002414658430000081
其中，u(k)为输出量，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure BDA0002414658430000082
为积分系数，
Figure BDA0002414658430000083
为微分系数。
本实施例中，所述系统还包括：
判断模块60，用于判断车辆速度是否小于预设速度；
启用模块70，用于当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
本实施例中，所述预设速度为3km/h。
根据本实施例提供的制动刹车控制系统，根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益，然后将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；最后以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，改变了传统的主缸压力为输入模式，本发明实现了以主缸行程作为控制输入的控制方法，使用主缸行程作为输入执行制动，主缸行程就是里面活塞的行程，发送的指令也是行程百分比，活塞活动到相应行程，保压性好，与实际请求压力偏差小，超调小，且能够通过设置不同场景下的控制参数，最终有效解决车辆制动点刹、刹车顿挫等不平稳的情况。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具体用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种制动刹车控制方法，其特征在于，包括：
获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；
根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；
根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；
将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；
以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
2.根据权利要求1所述的制动刹车控制方法，其特征在于，根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点的步骤包括：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
3.根据权利要求1所述的制动刹车控制方法，其特征在于，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益的步骤中，采用以下公式计算输出量速度增益：
Figure FDA0002414658420000011
其中，u(k)为输出量，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure FDA0002414658420000012
为积分系数，
Figure FDA0002414658420000013
为微分系数。
4.根据权利要求1所述的制动刹车控制方法，其特征在于，将刹车和油门值发送给车辆的刹车或油门的执行装置，以进行相应的制动刹车的步骤之后，所述方法还包括：
判断车辆速度是否小于预设速度；
当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
5.根据权利要求4所述的制动刹车控制方法，其特征在于，所述预设速度为3km/h。
6.一种制动刹车控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车辆的实际位置信息和规划位置信息；
计算模块，用于根据实际位置信息和规划位置信息计算出距离车辆最近的匹配点；
第一输出模块，用于根据最近的匹配点与实际车辆定位点的差值，得到相应的位置偏差，以位置偏差作为输入，调用离散PID控制算法进行偏差控制，输出得到速度增益；
第二输出模块，用于将速度增益与实际车辆速度作差，得到速度偏差，将速度偏差作为输入，再调用PID控制算法，输出得到加速度补偿；
查找发送模块，用于以加速度补偿作为输入，使用插值法在开环标定表查找与该加速度对应的刹车指令和油门值，将刹车指令和油门值发送给车辆的刹车和油门的执行装置，以进行相应的制动刹车。
7.根据权利要求6所述的制动刹车控制系统，其特征在于，计算模块具体用于：
根据实际位置信息和规划位置信息利用黄金比例搜索算法找到插值系数；
调用线性插值函数和球面线性插值函数确定距离最小点的坐标和角度以及曲率，最后返回规划点，以计算出距离车辆最近的匹配点。
8.根据权利要求6所述的制动刹车控制系统，其特征在于，第一输出模块采用以下公式计算速度增益：
Figure FDA0002414658420000021
其中，u(k)为输出量，T为采样时间，Ti、Td为相应的积分时间和微分时间，ek为输入偏差，ek-1为上一次偏差，Kp为比例系数，
Figure FDA0002414658420000022
为积分系数，
Figure FDA0002414658420000023
为微分系数。
9.根据权利要求6所述的制动刹车控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
判断模块，用于判断车辆速度是否小于预设速度；
启用模块，用于当车辆速度小于预设速度时，主缸行程回位为0，启用standingstill模式进行刹车至稳定停止并保持。
10.根据权利要求9所述的制动刹车控制系统，其特征在于，所述预设速度为3km/h。
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