CN111267837A - 一种弯道控制方法及控制系统 - Google Patents

一种弯道控制方法及控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111267837A
CN111267837A CN202010162884.6A CN202010162884A CN111267837A CN 111267837 A CN111267837 A CN 111267837A CN 202010162884 A CN202010162884 A CN 202010162884A CN 111267837 A CN111267837 A CN 111267837A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
target
steering wheel
track
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010162884.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111267837B (zh
Inventor
万四禧
夏然飞
管杰
殷政
陈钊
付源翼
鲁新月
张晗
李贵涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Original Assignee
Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd filed Critical Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority to CN202010162884.6A priority Critical patent/CN111267837B/zh
Publication of CN111267837A publication Critical patent/CN111267837A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111267837B publication Critical patent/CN111267837B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B60W30/045—Improving turning performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/20—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of steering systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/10—Path keeping
    • B60W30/12—Lane keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60W2300/14—Trailers, e.g. full trailers, caravans
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/18—Steering angle

Abstract

本发明公开了一种弯道控制方法及控制系统，涉及汽车控制技术领域，该方法包括：根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；根据方向盘转角计算牵引车后轮转弯半径，进而根据实时扭结角，计算挂车转弯半径；生成基准行驶轨迹；以车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差之和，加上基准行驶半径，作为目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹；根据目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯。本发明可生成基准行驶轨迹和目标轨迹，通过目标轨迹得到控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯，避免了弯道行驶时挂车尺寸过大导致目标轨迹出现偏差的情况。

Description

一种弯道控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，具体涉及一种弯道控制方法及控制系统。
背景技术
长期驾驶时，驾驶员容易疲劳，进而导致交通事故，因此，需要LKA(Lane KeepingAssist，车道保持辅助)系统辅助驾驶员保持车道内行驶，降低交通事故发生几率，保证驾驶安全性。
在弯道工况下，车辆带挂车时，由于挂车尺寸大，并且挂车行驶轨迹与牵引车不一致，如果使用车道中心作为车道保持的轨迹时，容易导致挂车尺寸超出车道，造成交通事故。
专利公开号为CN102529922A的发明专利申请公开了一种半挂汽车列车横向稳定性控制系统，其包括牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置、横向稳定性功能模块、制动轮判定及制动力矩分配控制器和车轮制动器。其中，牵引车侧偏角测量装置、车体横摆角速度测量装置的输出端与横向稳定性功能模块的输入端电连接，横向稳定性功能模块的输出端与制动轮判定及制动力矩分配控制器电连接，制动轮判定及制动力矩分配控制器与车轮制动器电连接。
CN102529922A中公开的控制系统虽然可将横摆力矩分配给左右轮制动，以提高车辆高速大转向时的行驶稳定性，但其需要在挂车上添加额外的横摆角速度测量装备，不仅增加了成本，且布线较为困难，同一个传感器只能安装一个挂车，适配性极差。另外，其未考虑带挂行驶的目标轨迹跟踪，存在带挂牵引车驶出车道线的风险。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷之一，本发明的目的在于提供一种弯道控制方法及控制系统，可避免弯道行驶时挂车尺寸过大导致目标轨迹出现偏差的情况。
第一方面，提供了一种弯道控制方法，其包括步骤：
根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；上述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角；
根据方向盘转角计算牵引车后轮转弯半径，进而根据上述实时扭结角，计算挂车转弯半径；以上述牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半作为基准行驶半径，进而生成基准行驶轨迹；
以车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差之和，加上基准行驶半径，作为目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹；
根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；上述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
一些实施例中，根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角，具体包括：
基于车辆单轨模型，根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程；
通过上述整车状态方程计算车辆实时扭结角。
一些实施例中，根据上述实时扭结角，计算挂车转弯半径，具体包括：
基于阿克曼转向几何条件，根据牵引车后轮转弯半径，计算鞍座转弯半径，进而计算鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角；
根据上述鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角，以及车辆实时扭结角，计算挂车转弯半径。
一些实施例中，获取车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差，具体包括：
取牵引车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的中点，以及挂车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的三等分点，作为特征点集合；
将上述特征点集合中的各点依次连接，形成整车的包络盒；上述基准行驶轨迹为上述包络盒的基准行驶轨迹；
计算上述特征点集合中的各点与基准行驶轨迹的距离；
靠近弯道外侧且与上述基准行驶轨迹距离最远的点为正极点，上述正极点与上述基准行驶轨迹的距离为最大正横向偏差；
靠近弯道内侧且与上述基准行驶轨迹距离最远的点为负极点，上述负极点与上述基准行驶轨迹的最大距离的负值为最大负横向偏差。
一些实施例中，根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，具体包括：
基于第一预瞄控制，根据上述目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角；
基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
一些实施例中，上述基于第一预瞄控制，根据目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，具体包括：
基于第一预瞄控制，预测车辆在一定时间后的预测轨迹与上述目标轨迹的横向位移偏差和速度位移偏差；
根据上述横向位移偏差和速度位移偏差，以及当前车速，计算预瞄横摆角速度；
根据上述目标轨迹的曲率半径，计算轨迹横摆角速度；
上述预瞄横摆角速度与轨迹横摆角速度之和为目标横摆角速度。
一些实施例中，上述得到目标方向盘转角具体包括：
根据上述目标横摆角速度和方向盘转角传递函数计算目标方向盘转角。
一些实施例中，基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩，具体包括：
根据当前方向盘转角和目标方向盘转角，对方向盘动作曲线进行第二预瞄控制，预判方向盘一定时间后达到上述目标方向盘转角；
根据方向盘转速和转角误差值，计算目标转角加速度；
根据方向盘阻力矩和上述目标转角加速度，计算方向盘预瞄扭矩；
对方向盘实际转角和上述目标方向盘转角进行反馈控制，得到方向盘反馈扭矩；
计算上述方向盘反馈扭矩和方向盘预瞄扭矩之和，得到方向盘目标扭矩。
第二方面，提供了一种实现上述弯道控制方法的控制系统，其包括：
信息采集模块，其用于获取车辆行驶数据和道路信息；
扭结角计算模块，其用于根据车辆行驶数据和道路信息，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；上述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角；
转弯半径计算模块，其用于根据方向盘转角，计算牵引车后轮转弯半径，以及根据上述实时扭结角，计算挂车转弯半径；
基准轨迹生成模块，其用于计算基准行驶半径，生成基准行驶轨迹；上述基准行驶半径为牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半；
目标轨迹生成模块，其用于计算目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹，上述目标轨迹的曲率半径为车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差、最大负横向偏差以及基准行驶半径的和；
控制模块，其用于根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；上述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
一些实施例中，上述控制模块包括：
第一控制子模块，其用于基于第一预瞄控制，根据上述目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角；
第二控制子模块，其用于基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的弯道控制方法，通过计算车辆实时扭结角，得到牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径，进而生成基准行驶轨迹和目标轨迹，再通过目标轨迹得到控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯，避免了弯道行驶时挂车尺寸过大导致目标轨迹出现偏差的情况；计算车辆实时扭结角时，无需额外的电子元件，避免了增加电子元件造成的成本增加。
(2)本发明的弯道控制方法，基于第一预瞄控制，以及第二预瞄控制和反馈控制组合，可准确快速的计算目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩，进而控制车辆转弯，控制效果兼顾实时性和适应性，以及安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中弯道控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中带挂牵引车车身几何参数的示意图；
图3为本发明实施例中带挂牵引车行驶几何参数的示意图；
图4为本发明实施例中整车的包络盒的示意图；
图5为本发明实施例中计算目标轨迹的曲率半径的具体流程图；
图6为本发明实施例中计算控制指令的总框图；
图7为本发明实施例中车身单点预瞄控制的示意图；
图8为本发明实施例中方向盘预瞄控制的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明提供一种弯道控制方法的实施例，其包括步骤：
S1.根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；上述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角。
具体地，通过视觉传感器采集道路信息，CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线接收，并对输入信号滤波和防抖处理后，提供车辆行驶数据。
S2.根据方向盘转角计算牵引车后轮转弯半径，进而根据所述实时扭结角计算挂车转弯半径；以牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半作为基准行驶半径，进而生成基准行驶轨迹。
S3.以车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差之和，加上基准行驶半径，作为目标轨迹的曲率半径。
S4.根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；上述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
本实施例的弯道控制方法，通过计算车辆实时扭结角，得到牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径，进而生成基准行驶轨迹和目标轨迹，再通过目标轨迹得到控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯，避免了弯道行驶时挂车尺寸过大导致目标轨迹出现偏差的情况；计算车辆实时扭结角时，无需额外的电子元件，避免了增加电子元件造成的成本增加。
参见图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，上述步骤S1具体包括：
首先，基于车辆单轨模型，得到挂车横摆角速度
Figure BDA0002406407880000071
扭结角角速度
Figure BDA0002406407880000072
以及当前时刻的车辆实时扭结角γn的计算公式如下：
Figure BDA0002406407880000073
Figure BDA0002406407880000074
Figure BDA0002406407880000075
其中，vFa为前轮速度，δ为前轮转角，lTk为牵引车轴距，lCo为鞍座与后轮的距离，γn为当前时刻的车辆实时扭结角，
Figure BDA0002406407880000076
为牵引车横摆角速度，Δt为运行周期，γ(n-1)为前一时刻的实时扭结角。
然后，基于上述三个计算公式，根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程。车辆行驶数据包括车辆的车速、转角等，车辆几何参数包括牵引车轴距、鞍座与后轮的距离等。其中，牵引车横摆角速度通过整车电子稳定控制系统直接测量计算得到。
最后，通过由以上三个计算公式建立的整车状态方程，计算车辆实时扭结角γn。
参见图3所示，GTk表示牵引车质心，GTl表示挂车质心。在上述实施例的基础上，本实施例中，根据阿克曼转向几何条件，通过方向盘转角可计算牵引车前轮的行驶转弯半径rtk.f，进而计算牵引车后轮转弯半径rTk.min。
Figure BDA0002406407880000081
其中，Cr为道路曲率。
进一步地，上述步骤S2中，根据上述实时扭结角计算挂车转弯半径，具体包括：
首先，基于阿克曼转向几何条件，根据上述牵引车后轮转弯半径rTk.min，计算鞍座转弯半径rCo，进而计算鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角ε。
Figure BDA0002406407880000082
根据鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角ε，以及车辆实时扭结角γn，计算挂车转弯半径rTl.min。
rTl.min＝rCo×sin(ε-γn)
此时，以牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半作为基准行驶半径，可生成基准行驶轨迹。
在上述实施例的基础上，本实施例中，上述步骤S3中，获取车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差，具体包括：
首先，基于牵引车和挂车尺寸，假设牵引车和挂车为两个相邻的矩形。取牵引车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的中点，以及挂车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的三等分点，作为特征点集合，即该特征点集合中共有14个点。
然后，将上述特征点集合中的各点依次连接，形成整车的包络盒，以包络盒为基础，作出整车弯道的基准行驶半径。即整车弯道的基准行驶轨迹为上述包络盒的基准行驶轨迹。
最后，计算上述特征点集合中的各点与基准行驶轨迹的距离，作为各点与基准行驶轨迹的横向偏差。
以靠近弯道外侧且与上述基准行驶轨迹距离最远的点为正极点，上述正极点与上述基准行驶轨迹的距离为最大正横向偏差。
以靠近弯道内侧且与上述基准行驶轨迹距离最远的点为负极点，上述负极点与上述基准行驶轨迹的最大距离的负值为最大负横向偏差。
参见图4所示，本实施例中，牵引车所在矩形的四个顶点分别为y1、y3、y4和y6，该矩形两长边的中点分别为y2和y5。挂车所在矩形的四个顶点分别为z1、z4、z5和z8，该矩形两长边的三等分点分别为z2、z3、z6和z7。其中，y3靠近弯道外侧且与上述基准行驶轨迹距离最远，为最大行驶半径的正极点。z7靠近弯道内侧且与上述基准行驶轨迹距离最远，为最小行驶半径的负极点。
本实施例中，y3与基准行驶轨迹的最大正横向偏差Δd1，z7与基准行驶轨迹的最大负横向偏差Δd2，以及基准行驶半径r0的和，即为目标轨迹的曲率半径r。即，
r＝r0+Δd1+Δd2
在其他实施例中，当车辆处于直道时，以车辆中心线作为目标轨迹。
参见图5所示，本实施例中，计算上述目标轨迹的曲率半径，具体包括：
A101.通过整车电子稳定控制系统直接测量计算牵引车横摆角速度；
A102.根据车辆单轨模型和车辆几何参数，以及车辆位姿信息，计算挂车横摆角速度；
A103.根据挂车横摆角速度和牵引车横摆角速度，计算车辆实时扭结角；
A104.通过方向盘转角计算牵引车后轮转弯半径；
A105.根据牵引车后轮转弯半径计算鞍座转弯半径；
A106.根据鞍座转弯半径和实时扭结角，计算挂车转弯半径；
A107.根据牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径，计算基准行驶半径，以及车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差；
A108.计算目标轨迹的曲率半径。
参见图6所示，曲率信息即目标轨迹的曲率半径。在上述实施例的基础上，本实施例中，上述步骤S4中，根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，采用双分段式预瞄控制方法，具体包括：
首先，基于第一预瞄控制，根据上述目标轨迹的曲率半径和当前车速，通过车辆横向运动学方程计算，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角。
然后，基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
参见图7所示，本实施例中，基于第一预瞄控制，根据目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，具体包括：
首先，基于第一预瞄控制，以及车辆当前横摆角速度，预测车辆在行驶一定时间T后的预测轨迹与上述目标轨迹的横向位移偏差和速度位移偏差，即对车身单点进行预瞄。
其次，根据上述横向位移偏差和速度位移偏差，以及当前车速，通过车辆几何运动学计算预瞄横摆角速度。
然后，根据上述目标轨迹的曲率半径，计算轨迹横摆角速度。
最后，计算目标横摆角速度ωobj，该目标横摆角速度为上述预瞄横摆角速度与轨迹横摆角速度的和。
Figure BDA0002406407880000111
其中，ωc为轨迹横摆角速度，y0为横向位移偏差，yv为速度位移偏差，k1为横向位移偏差权重，k2为速度位移偏差权重，v为当前车速，T为第一预瞄时间。
本实施例中，可根据车辆位置采用不同权重，以达成最优控制方案，实现车道纠偏和车道保持的性能指标。当车辆偏离目标轨迹较远时，k1取较大值，k2取较小值。当车辆接近目标轨迹时，k1取较小值，k2取较大值。
当车辆逐渐偏离目标轨迹时，k1逐渐变大，k2逐渐变小至一定值，以增大车辆的方向盘控制量，加快车辆的纠偏性能；当车辆逐渐接近目标轨迹线时，k2逐渐变大，k1逐渐变小至一定值，使车辆航向角变小，以便于控制车辆保持在目标轨迹直线行驶。
车辆处在不同的道路位置时，根据车辆与目标轨迹线的偏差，选择不同的k1和k2，以最大化的实现车辆的位移控制性能，增大车辆纠偏性能的同时，保证车辆中心线行驶的稳定性。
本实施例中，上述得到目标方向盘转角具体包括：
根据上述目标横摆角速度和方向盘转角传递函数计算目标方向盘转角。
参见图8所示，本实施例中，基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩，具体包括：
首先，根据当前方向盘转角和目标方向盘转角，对方向盘动作曲线进行第二预瞄控制，预判方向盘一定时间t后达到上述目标方向盘转角。
其次，根据目标方向盘转角和实际方向盘转角得到方向盘的转角误差值，进而根据方向盘转速和转角误差值，计算出较为平滑的目标转角加速度apd。
再次，根据方向盘阻力矩和上述目标转角加速度，可计算方向盘预瞄扭矩TFF。其中，方向盘阻力矩即转动方向盘的摩擦扭矩。
然后，对方向盘实际转角和上述目标方向盘转角进行反馈控制，得到方向盘反馈扭矩TFB。
最后，计算上述方向盘反馈扭矩和方向盘预瞄扭矩之和，得到方向盘目标扭矩Tt，即最终施加在方向盘上的扭矩，以实现弯道行驶时车辆的LKA控制。
因此，转向运动方程即方向盘目标扭矩与目标方向盘转角之间的关系为：
Figure BDA0002406407880000121
其中，δobj为目标方向盘转角，δcur为当前方向盘转角，ωcur为当前方向盘转速，Tr为方向盘阻力矩，Tt为目标扭矩，J为转向惯量，t为第二预瞄时间。
根据目标方向盘转角和车辆参数，可计算方向盘的目标扭矩，通过调整预瞄时间t，可控制目标扭矩使车辆平滑的纠偏。本实施例中，相对于现有的控制方案，可根据目标方向盘转角实时计算方向盘的目标扭矩，并且能根据目标方向盘转角和当前方向盘转角的差值进行反馈和调整，兼顾了控制的实时性和适应性。
本发明还提供一种实现上述弯道控制方法的控制系统的实施例，该控制系统包括信息采集模块、扭结角计算模块、转弯半径计算模块、基准轨迹生成模块、目标轨迹生成模块和控制模块。
信息采集模块用于获取车辆行驶数据和道路信息。
扭结角计算模块用于根据车辆行驶数据和道路信息，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；上述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角。
转弯半径计算模块用于根据方向盘转角，计算牵引车后轮转弯半径，以及根据实时扭结角，计算挂车转弯半径。
基准轨迹生成模块用于计算基准行驶半径，生成基准行驶轨迹；上述基准行驶半径为上述牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半。
目标轨迹生成模块用于计算目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹，上述目标轨迹的曲率半径为车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差、最大负横向偏差以及基准行驶半径的和。
控制模块用于根据上述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；上述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
在上述实施例的基础上，本实施例中，上述控制模块包括第一控制子模块和第二控制子模块。
第一控制子模块用于基于第一预瞄控制，根据上述目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角。
第二控制子模块用于基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据上述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
本实施例的控制系统，适用于各控制方法，基于第一控制子模块，以及第二控制子模块，可准确快速的计算目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩，进而控制车辆转弯，控制效果兼顾实时性和适应性，以及安全性。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弯道控制方法，其特征在于，其包括步骤：
根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；所述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角；
根据方向盘转角计算牵引车后轮转弯半径，进而根据所述实时扭结角，计算挂车转弯半径；以所述牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半作为基准行驶半径，进而生成基准行驶轨迹；
以车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差之和，加上基准行驶半径，作为目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹；
根据所述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；所述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
2.如权利要求1所述的弯道控制方法，其特征在于，根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角，具体包括：
基于车辆单轨模型，根据车辆行驶数据和车辆几何参数，建立车辆运动学模型和整车状态方程；
通过所述整车状态方程计算车辆实时扭结角。
3.如权利要求1所述的弯道控制方法，其特征在于，根据所述实时扭结角，计算挂车转弯半径，具体包括：
基于阿克曼转向几何条件，根据牵引车后轮转弯半径，计算鞍座转弯半径，进而计算鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角；
根据所述鞍座转弯半径与后轴车轴的夹角，以及车辆实时扭结角，计算挂车转弯半径。
4.如权利要求1所述的弯道控制方法，其特征在于，获取车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差和最大负横向偏差，具体包括：
取牵引车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的中点，以及挂车所在矩形的四个顶点和该矩形两长边的三等分点，作为特征点集合；
将所述特征点集合中的各点依次连接，形成整车的包络盒；所述基准行驶轨迹为所述包络盒的基准行驶轨迹；
计算所述特征点集合中的各点与基准行驶轨迹的距离；
靠近弯道外侧且与所述基准行驶轨迹距离最远的点为正极点，所述正极点与所述基准行驶轨迹的距离为最大正横向偏差；
靠近弯道内侧且与所述基准行驶轨迹距离最远的点为负极点，所述负极点与所述基准行驶轨迹的最大距离的负值为最大负横向偏差。
5.如权利要求1所述的弯道控制方法，其特征在于，根据所述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，具体包括：
基于第一预瞄控制，根据所述目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角；
基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据所述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
6.如权利要求5所述的弯道控制方法，其特征在于，所述基于第一预瞄控制，根据目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，具体包括：
基于第一预瞄控制，预测车辆在一定时间后的预测轨迹与所述目标轨迹的横向位移偏差和速度位移偏差；
根据所述横向位移偏差和速度位移偏差，以及当前车速，计算预瞄横摆角速度；
根据所述目标轨迹的曲率半径，计算轨迹横摆角速度；
所述预瞄横摆角速度与轨迹横摆角速度之和为目标横摆角速度。
7.如权利要求6所述的弯道控制方法，其特征在于，所述得到目标方向盘转角具体包括：
根据所述目标横摆角速度和方向盘转角传递函数计算目标方向盘转角。
8.如权利要求5所述的弯道控制方法，其特征在于，基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据所述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩，具体包括：
根据当前方向盘转角和目标方向盘转角，对方向盘动作曲线进行第二预瞄控制，预判方向盘一定时间后达到所述目标方向盘转角；
根据方向盘转速和转角误差值，计算目标转角加速度；
根据方向盘阻力矩和所述目标转角加速度，计算方向盘预瞄扭矩；
对方向盘实际转角和所述目标方向盘转角进行反馈控制，得到方向盘反馈扭矩；
计算所述方向盘反馈扭矩和方向盘预瞄扭矩之和，得到方向盘目标扭矩。
9.一种实现权利要求1所述弯道控制方法的控制系统，其特征在于，其包括：
信息采集模块，其用于获取车辆行驶数据和道路信息；
扭结角计算模块，其用于根据车辆行驶数据和道路信息，建立车辆运动学模型和整车状态方程，计算车辆实时扭结角；所述扭结角为挂车轴线与牵引车轴线的夹角；
转弯半径计算模块，其用于根据方向盘转角，计算牵引车后轮转弯半径，以及根据所述实时扭结角，计算挂车转弯半径；
基准轨迹生成模块，其用于计算基准行驶半径，生成基准行驶轨迹；所述基准行驶半径为牵引车后轮转弯半径和挂车转弯半径之和的一半；
目标轨迹生成模块，其用于计算目标轨迹的曲率半径，进而生成目标轨迹，所述目标轨迹的曲率半径为车辆轮廓点与基准行驶轨迹的最大正横向偏差、最大负横向偏差以及基准行驶半径的和；
控制模块，其用于根据所述目标轨迹和当前车速，计算控制指令，并通过控制指令控制车辆转弯；所述控制指令为目标方向盘转角和方向盘的目标扭矩。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：
第一控制子模块，其用于基于第一预瞄控制，根据所述目标轨迹的曲率半径和当前车速，得到目标横摆角速度，进而得到目标方向盘转角；
第二控制子模块，其用于基于第二预瞄控制和反馈控制组合，根据所述目标方向盘转角，得到方向盘的目标扭矩。
CN202010162884.6A 2020-03-10 2020-03-10 一种弯道控制方法及控制系统 Active CN111267837B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162884.6A CN111267837B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种弯道控制方法及控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162884.6A CN111267837B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种弯道控制方法及控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111267837A true CN111267837A (zh) 2020-06-12
CN111267837B CN111267837B (zh) 2021-05-11

Family

ID=70992940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010162884.6A Active CN111267837B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种弯道控制方法及控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111267837B (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111856538A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 北京九曜智能科技有限公司 一种用于自动驾驶的实时动态自适应路径规划方法
CN111930117A (zh) * 2020-07-31 2020-11-13 广州景骐科技有限公司 一种基于转向的横向控制方法、装置、设备和存储介质
CN112078561A (zh) * 2020-08-25 2020-12-15 浙江工业大学 一种用于fsec赛车的行车控制方法
CN112109703A (zh) * 2020-06-17 2020-12-22 上汽通用五菱汽车股份有限公司 车辆控制方法、车辆控制系统、车及存储介质
CN112195697A (zh) * 2020-10-15 2021-01-08 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法
CN112622934A (zh) * 2020-12-25 2021-04-09 上海商汤临港智能科技有限公司 一种参考轨迹点和参考轨迹生成方法、驾驶方法以及车辆
CN112810664A (zh) * 2021-01-28 2021-05-18 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 轨道线路曲率半径在线实时测量系统及方法
CN113291316A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 广州小鹏自动驾驶科技有限公司 一种车辆控制的方法和装置
CN113415276A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 东风商用车有限公司 一种智能驾驶预瞄控制方法、装置和存储介质
CN113696970A (zh) * 2021-08-31 2021-11-26 驭势科技（北京）有限公司 半挂汽车列车、倒车控制方法、装置、设备和介质
CN113978552A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 比亚迪股份有限公司 检测方法和装置、控制方法和装置、介质、设备和车辆
CN114019975A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 广州极飞科技股份有限公司 一种农具轨迹控制方法、装置及农业机械
CN114115063A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 联创汽车电子有限公司 车辆转向控制前馈标定方法和系统
CN114228864A (zh) * 2021-11-16 2022-03-25 德马科技集团股份有限公司 一种牵引式agv转弯特性的路径仿真方法
CN114312351A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 东风柳州汽车有限公司 Agv小车运动控制方法、装置、设备及存储介质
EP3984847A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-20 Hyundai Motor Company Vehicle and driving control method thereof
CN114397119A (zh) * 2022-01-14 2022-04-26 襄阳达安汽车检测中心有限公司 一种高精度汽车及汽车列车转向测试方法和系统
CN114771655A (zh) * 2022-06-01 2022-07-22 北京京深深向科技有限公司 自动驾驶中的半挂汽车列车转向方法、装置和电子设备
CN115071732A (zh) * 2022-07-14 2022-09-20 东风商用车有限公司 一种基于lqr的smc商用车智能驾驶横向控制方法
CN116461607A (zh) * 2023-05-12 2023-07-21 爱搏特科技(深圳)有限公司 一种分布式线控驱动和线控转向的方法及相关装置
CN116522507A (zh) * 2023-05-29 2023-08-01 长安大学 一种半挂汽车弯道转向模型构建方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11160005A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Tokyu Car Corp 軌道形状検出装置及び軌道曲率半径検出装置
CN106599470A (zh) * 2016-12-15 2017-04-26 武汉理工大学 一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法
CN107128366A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于对拖曳车辆通过弯道提供校正的车道跟随路径的系统和方法
CN107128314A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于牵引车辆的增强的车辆横向控制（车道跟随/车道保持/车道变换控制）
CN108873890A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 轨迹规划方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11160005A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Tokyu Car Corp 軌道形状検出装置及び軌道曲率半径検出装置
CN107128366A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于对拖曳车辆通过弯道提供校正的车道跟随路径的系统和方法
CN107128314A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于牵引车辆的增强的车辆横向控制（车道跟随/车道保持/车道变换控制）
CN106599470A (zh) * 2016-12-15 2017-04-26 武汉理工大学 一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法
CN108873890A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 轨迹规划方法

Cited By (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112109703A (zh) * 2020-06-17 2020-12-22 上汽通用五菱汽车股份有限公司 车辆控制方法、车辆控制系统、车及存储介质
CN111856538B (zh) * 2020-06-18 2023-07-18 北京九曜智能科技有限公司 一种用于自动驾驶的实时动态自适应路径规划方法
CN111856538A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 北京九曜智能科技有限公司 一种用于自动驾驶的实时动态自适应路径规划方法
CN113978552A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 比亚迪股份有限公司 检测方法和装置、控制方法和装置、介质、设备和车辆
CN113978552B (zh) * 2020-07-27 2023-08-08 比亚迪股份有限公司 检测方法和装置、控制方法和装置、介质、设备和车辆
CN111930117A (zh) * 2020-07-31 2020-11-13 广州景骐科技有限公司 一种基于转向的横向控制方法、装置、设备和存储介质
CN111930117B (zh) * 2020-07-31 2024-04-05 广州景骐科技有限公司 一种基于转向的横向控制方法、装置、设备和存储介质
CN112078561A (zh) * 2020-08-25 2020-12-15 浙江工业大学 一种用于fsec赛车的行车控制方法
EP3984847A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-20 Hyundai Motor Company Vehicle and driving control method thereof
US11858515B2 (en) 2020-10-14 2024-01-02 Hyundai Motor Company Vehicle and driving control method thereof
CN112195697A (zh) * 2020-10-15 2021-01-08 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法
CN112195697B (zh) * 2020-10-15 2022-02-15 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种山区风电场进场道路弯道加宽改造设计方法
CN112622934A (zh) * 2020-12-25 2021-04-09 上海商汤临港智能科技有限公司 一种参考轨迹点和参考轨迹生成方法、驾驶方法以及车辆
CN112810664A (zh) * 2021-01-28 2021-05-18 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 轨道线路曲率半径在线实时测量系统及方法
CN112810664B (zh) * 2021-01-28 2022-11-22 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 轨道线路曲率在线实时测量系统及方法
CN113291316A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 广州小鹏自动驾驶科技有限公司 一种车辆控制的方法和装置
CN113415276A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 东风商用车有限公司 一种智能驾驶预瞄控制方法、装置和存储介质
CN113696970A (zh) * 2021-08-31 2021-11-26 驭势科技（北京）有限公司 半挂汽车列车、倒车控制方法、装置、设备和介质
CN114019975A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 广州极飞科技股份有限公司 一种农具轨迹控制方法、装置及农业机械
CN114228864B (zh) * 2021-11-16 2023-02-17 德马科技集团股份有限公司 一种牵引式agv转弯特性的路径仿真方法
CN114228864A (zh) * 2021-11-16 2022-03-25 德马科技集团股份有限公司 一种牵引式agv转弯特性的路径仿真方法
CN114115063A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 联创汽车电子有限公司 车辆转向控制前馈标定方法和系统
CN114312351A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 东风柳州汽车有限公司 Agv小车运动控制方法、装置、设备及存储介质
CN114312351B (zh) * 2022-01-05 2024-01-19 东风柳州汽车有限公司 Agv小车运动控制方法、装置、设备及存储介质
CN114397119B (zh) * 2022-01-14 2022-12-06 襄阳达安汽车检测中心有限公司 一种高精度汽车及汽车列车转向测试方法和系统
CN114397119A (zh) * 2022-01-14 2022-04-26 襄阳达安汽车检测中心有限公司 一种高精度汽车及汽车列车转向测试方法和系统
CN114771655A (zh) * 2022-06-01 2022-07-22 北京京深深向科技有限公司 自动驾驶中的半挂汽车列车转向方法、装置和电子设备
CN114771655B (zh) * 2022-06-01 2024-04-26 北京京深深向科技有限公司 自动驾驶中的半挂汽车列车转向方法、装置和电子设备
CN115071732A (zh) * 2022-07-14 2022-09-20 东风商用车有限公司 一种基于lqr的smc商用车智能驾驶横向控制方法
CN116461607A (zh) * 2023-05-12 2023-07-21 爱搏特科技(深圳)有限公司 一种分布式线控驱动和线控转向的方法及相关装置
CN116522507A (zh) * 2023-05-29 2023-08-01 长安大学 一种半挂汽车弯道转向模型构建方法
CN116522507B (zh) * 2023-05-29 2024-04-26 长安大学 一种半挂汽车弯道转向模型构建方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111267837B (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111267837B (zh) 一种弯道控制方法及控制系统
CN107380161B (zh) 一种辅助驾驶员实现理想行驶轨迹的主动转向控制装置
CN110377039B (zh) 一种车辆避障轨迹规划与跟踪控制方法
CN111610780B (zh) 一种自动驾驶车路径跟踪控制方法及其装置
CN111717204B (zh) 自动驾驶车辆的横向控制方法及系统
CN104742959B (zh) 车辆的车道保持控制装置
CN109606133B (zh) 基于双层控制的分布式驱动电动汽车转矩矢量控制方法
WO2020143288A1 (zh) 一种复杂工况下自动驾驶车辆决策系统及其轨迹规划方法
CN111152834B (zh) 一种基于阿克曼转向修正的电动汽车电子差速控制方法
CN112677963A (zh) 智能网联四轮独立转向和独立驱动电动汽车紧急避障系统
CN106926840A (zh) 一种无人车辆极限动力学轨迹跟踪控制系统
CN110077418B (zh) 考虑驾驶员特性的差动辅助转向与共享控制系统建模方法
CN113246974B (zh) 无人驾驶应急场景下避险/降损控制方法、存储介质和电子装置
CN110466602A (zh) 轮毂电机驱动电动汽车的分时四轮转向系统及其控制方法
CN102975714B (zh) 一种电动车辆底盘系统
WO2006013922A1 (ja) 車両の制御装置
CN107685767A (zh) 一种多轴轮毂电机驱动车辆后轮线控转向驱动装置及其转向方法
CN110962626B (zh) 一种多轴轮毂电机驱动车辆的自适应电子差速控制方法
CN108340967A (zh) 多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法
CN112462760B (zh) 一种双舵轮agv路径跟踪方法
CN112109732A (zh) 一种智能驾驶自适应曲线预瞄方法
CN109292018A (zh) 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法
CN112874536B (zh) 一种智能车辆拨杆换道方法
CN111547111B (zh) 一种虚拟轨道列车自主导向控制方法
CN117302190A (zh) 一种面向自动驾驶卡车的预瞄跟踪控制系统及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant