CN111688664B - 一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统 - Google Patents

一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无人驾驶技术领域，尤其涉及一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统。所述方法包括以下步骤：接收目标平台车预定车速轨迹信息；根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；根据所述驱动力或者制动力值，工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速以及对制动力的协调控制；所述系统包括车辆控制器、电机控制器和制动控制器；本发明实施例通过所述系统执行上述方法，对双电机不同工作状态、输出转矩、转速以及对制动控制器制动力的协调控制，提高跟踪平台车车速的精确性；避免双电机之间产生运动干扰，节省系统能量消耗的效果。

Description

一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统
技术领域
本发明涉及无人驾驶技术领域，尤其涉及一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统。
背景技术
无人驾驶汽车技术是未来汽车智能控制的发展方向，成为了研究的热点。因为安全的原因，无人驾驶车辆在上路之前必须经过大量的性能测试验证。用做测试工具的无人驾驶碰撞目标平台车时用来模拟道路上的车辆，实现被测试的无人驾驶车辆所需要的道路交通场景模拟，这种无人驾驶碰撞目标平台车及其控制系统的研究刚刚起步，其中按照预定的车速曲线进行自主行驶是这种碰撞目标平台车的重要基本功能。
无人驾驶碰撞目标平台车及其控制系统的研究刚刚起步，其中按照预定的车速曲线进行自主行驶是这种碰撞目标平台车的重要基本功能，目前对目标平台车的车速控制难以达到高精确度要求。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统，实现对目标平台车的精确车速控制以及节能要求。
一方面，本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法，包括以下步骤：
S1，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
S2，根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure BDA0002485865690000021
其中，Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，ρ＝1.2258N·s2·m-4为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，Δt为控制采样的时间步长；
S3，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速以及对制动力的协调控制。
另一方面，本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统，包括：
车辆控制器，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure BDA0002485865690000022
其中，Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，ρ＝1.2258N·s2·m-4为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，Δt为控制采样的时间步长；
电机控制器，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速；制动控制器根据所述驱动力或者制动力值，对制动力协调控制。
本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法及系统，通过所述系统执行上述方法，对双电机不同工作状态控制模式行单独控制，输出转矩、转速以及对制动力的协调控制，提高跟踪平台车车速的精确性；避免双电机之间产生运动干扰，节省系统能量消耗的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统结构示意图。
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作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。
图1为本发明实施例一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法流程示意图；如图1所示，包括以下步骤：
S1，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
S2，根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure BDA0002485865690000041
其中，Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，ρ＝1.2258N·s2·m-4为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，Δt为控制采样的时间步长；
S3，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速以及对制动力的协调控制。
具体地，根据测试需要，预先设定好目标车速轨迹，目标平台车通过无线接收预定车速轨迹信息，根据预定车速轨迹信息计算目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；在t时刻，当前车速为Vt(m/s)根据预定好的目标平台车速轨迹，得到t+1时刻的目标平台车速Vt+1，计算目标平台车车速由Vt变化到Vt+1所需要的驱动力或者制动力F；根据F的取值通过CAN总线下发车速轨迹跟踪要求决定，对目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速以及对制动力的协调控制。
本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法，通过对双电机不同工作状态控制模式行单独控制，输出转矩、转速以及对制动力的协调控制，提高跟踪平台车车速的精确性。
进一步地，所述S3步骤中，所述控制模式包括:转矩控制模式、调速控制模式；具体包括：
当
Figure BDA0002485865690000042
时，所述目标平台车处于前进状态；其中Tmax为电机的峰值转矩，取正直；i为所述电机到车轮的传动比，r(m)为车轮半径；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；例如，电机1按照调速模式工作，目标平台车转速为wt+1＝(Vt+1*i)/r，电机2按照转矩模式工作，转矩输出为0，此时电机2处于空转控制状态。
当
Figure BDA0002485865690000051
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；例如，电机1按照调速模式工作，目标平台车转速为wt+1＝(Vt+1*i)/r，电机2按照转矩模式工作，目标平台车转矩为0.5F对应的电机转矩，此时电机2处于驱动控制状态；
当
Figure BDA0002485865690000052
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式均为转矩控制模式；例如，电机1按照转矩模式工作，目标平台车转矩为-0.9Tmax，电机2按照转矩模式工作，目标平台车转矩为-0.9Tmax，制动控制器给出制动力转矩为
Figure BDA0002485865690000053
Ki，Kp都是系数，需实验标定，ΔV是车速差，即实际车速和目标平台车车速之间的差值。此时目标平台车双电机均为负值，充分发挥双电机在车辆减速过程中的能量回收能力，节省系统能量消耗。
当F＜0且Vt+1小于3m/s时且大于0时，所述目标平台车处于制动状态；所述控制模式均为转矩控制模式；所述目标平台车给出整车所需的全部制动力。
进一步地，所述目标平台车倒车车速控制过程中，电机旋转方向相反，所述控制模式相同。
本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法，通过对双电机不同工作状态控制模式行单独控制，输出转矩、转速以及对制动力的协调控制，提高跟踪平台车车速的精确性；避免双电机之间产生运动干扰，节省系统能量消耗的效果。
基于上述实施例，图2为本发明实施例一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统结构示意图；如图2所示，
车辆控制器，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure BDA0002485865690000061
其中，Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，ρ＝1.2258N·s2·m-4为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，Δt为控制采样的时间步长；
电机控制器，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速；制动控制器根据所述驱动力或者制动力值，对制动力协调控制。
具体地，车辆控制器接收目标平台车预定车速轨迹信息，并根据预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力值；车辆控制器根据所需要的驱动力或者制动力值调整车辆状态控制模式，车辆控制器通过CAN总线下发车速轨迹跟踪要求决定到电机控制器和制动控制器，两个电机控制器对应控制两个电机工作，输出目标平台车对应的转速和转矩；同时车辆制动器的制动转矩也由车辆控制器决定，通过CAN总线发送给制动控制器控制制动器产生需要的制动力对车速进行协调控制；两个电机端分别通过同步驱动带轮通过同步带带动后端驱动轮。
本发明实施例提供一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统，所述系统执行上述方法，通过对双电机不同工作状态控制模式行单独控制，输出转矩、转速以及对制动力的协调控制，提高跟踪平台车车速的精确性，提高目标平台车精确模拟测试场景的能力；避免双电机之间产生运动干扰，节省系统能量消耗的效果，延长了车辆的行驶里程。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
S2，根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure 57476DEST_PATH_IMAGE002
其中， Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，△t为控制采样的时间步长；
S3，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速以及对制动力的协调控制；
所述S3步骤中，所述控制模式包括: 转矩控制模式、调速控制模式；
所述步骤S3具体包括：
当
Figure 36934DEST_PATH_IMAGE004
≤F≤
Figure DEST_PATH_IMAGE005
时，所述目标平台车处于前进状态；其中Tmax为电机的峰值转矩，取正值；i为所述电机到车轮的传动比，r（m）为车轮半径；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；
当
Figure 816671DEST_PATH_IMAGE006
＜F＜
Figure 277127DEST_PATH_IMAGE004
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；
当F≤
Figure 91499DEST_PATH_IMAGE006
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式均为转矩控制模式；所述目标平台车给出制动力转矩为F+
Figure DEST_PATH_IMAGE007
+
Figure 976278DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 305628DEST_PATH_IMAGE010
都是系数，需实验标定，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是车速差，即实际车速和目标平台车车速之间的差值。
2.根据权利要求 1所述的一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制方法，其特征在于，所述目标平台车倒车车速控制过程中，电机旋转方向相反，所述控制模式相同。
3.一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统，其特征在于，包括：
车辆控制器，接收目标平台车预定车速轨迹信息；
根据所述预定车速轨迹信息计算所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力；所述目标平台车车速变化所需要的驱动力或者制动力计算公式为：
Figure 566845DEST_PATH_IMAGE002
其中， Vt为t时刻所述目标平台车车速，Vt+1为t+1时刻所述目标平台车车速；m为所述目标平台车的质量，g为重力加速度，f为地面的滚动阻力系数，CD为所述目标平台车的风阻系数，A为所述目标平台车的迎风面积，
Figure 235724DEST_PATH_IMAGE003
为空气的密度，δ为所述目标平台车的旋转质量转换系数，△t为控制采样的时间步长；
电机控制器，根据所述驱动力或者制动力值，对所述目标平台车双电机的工作状态控制模式进行单独控制，输出对应的转矩、转速；制动控制器根据所述驱动力或者制动力值，对制动力协调控制；
所述电机控制器中对双电机的工作状态控制模式包括: 转矩控制模式、调速控制模式；
电机控制器具体包括：
当
Figure 229088DEST_PATH_IMAGE004
≤F≤
Figure 45734DEST_PATH_IMAGE005
时，所述目标平台车处于前进状态；其中Tmax为电机的峰值转矩，取正值；i为所述电机到车轮的传动比，r（m）为车轮半径；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；
当
Figure 782746DEST_PATH_IMAGE006
＜F＜
Figure 368448DEST_PATH_IMAGE004
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式为调速控制模式和转矩控制模式；
当F≤
Figure 798293DEST_PATH_IMAGE006
时，所述目标平台车处于减速制动状态；所述控制模式均为转矩控制模式；所述目标平台车给出制动力转矩为F+
Figure 102235DEST_PATH_IMAGE007
+
Figure 377358DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 20829DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 418313DEST_PATH_IMAGE010
都是系数，需实验标定，
Figure 147234DEST_PATH_IMAGE011
是车速差，即实际车速和目标平台车车速之间的差值。
4.根据权利要求3所述的一种无人驾驶碰撞目标平台车的车速控制系统，其特征在于，所述目标平台车倒车车速控制过程中，电机旋转方向相反，所述控制模式相同。
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