CN115848385A - 一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法、装置和设备，根据五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将位移差值进行PID控制处理，得到补充速度；根据五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将速度差值与补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度；根据五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将期望加速度与补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度。本发明能够使得位移曲线平滑、速度曲线平滑和加速度曲线平滑，从而实现舒适，平稳的刹车。
Description
技术领域
本发明属于智能驾驶及其规划技术领域，尤其涉及到一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法、装置和设备。
背景技术
自19世纪问世以来，汽车领域发展迅速，车上结合了各种最新的前沿技术，但是随着车辆普及，日益严重的交通堵塞和意外导致的事故越发频繁。因此智能驾驶技术得到更多关注和重视，各大车企纷纷加大研发投入。2017年自动驾驶已被国家重点研发计划列为重大共性关键技术。
速度规划是智能驾驶的关键技术之一，包括纵向速度规划和横向速度规划。目前速度规划的方法包括梯形速度规划和余弦速度规划。梯形速度规划，位置平滑，速度连续但不平滑，加速度跳变，算法最简单，计算量小；余弦速度规划，位置平滑，速度平滑，加速度连续但不够平滑，算法较简单，计算量较小。可见，上述速度规划的方法规划的加速度不够平滑，实际效果不够舒适。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法、装置和设备，能够使得移曲线平滑、速度曲线平滑和加速度曲线平滑，从而实现舒适、平稳的刹车。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，包括：
将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数；
根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度；
根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度；
根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将所述期望加速度与所述补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度；
根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制。
进一步地，所述预先构建的五次多项式刹车函数模型如下：
式中，s为位移；v为速度；a为加速度；t为时间；c0～c5为系数，通过将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，代入五次多项式刹车函数模型中联合求解得到。
进一步地，在所述将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中之前，还包括：
根据预设的时距和汽车在当前行驶时刻的速度计算安全刹车距离；
根据所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离判定是否需要刹车；
当需要刹车时，将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中。
进一步地，所述根据所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离判定是否需要刹车，包括：
将所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离比较，当所述安全刹车距离等于汽车距障碍物的距离时，判定需要刹车。
进一步地，所述理论刹车位移为根据刹车初始时刻的速度和加速度计算得到。
一种智能汽车刹车纵向速度规划控制装置，包括：
求解模块，用于将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数；
第一计算模块，用于根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度；
第二计算模块，用于根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度；
第三计算模块，用于根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将所述期望加速度与所述补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度；
控制模块，用于根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制。
一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，根据已知条件求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数方，在刹车时，算出每一时刻的期望位移和此刻的实际位移的差值后，经过一层PID控制处理得到一个补充速度；再根据此时刻的期望速度与此时刻的实际速度作差得到速度差值，将速度差值与补充速度相加后，经过一层PID控制处理得到一个补充加速度；最后将补充加速度加上此刻的期望加速度就是此刻传输给制动系统的刹车制动加速度。采用本发明的刹车纵向速度规划控制方法，能够使得移曲线平滑、速度曲线平滑和加速度曲线平滑，从而实现舒适、平稳的刹车。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的流程图。
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，下面将结合附图对本发明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。
作为本发明的某一具体实施方式，如图1所示，一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，具体包括以下步骤：
S1、将刹车初始时刻t0的速度v0、加速度a0和位移s0，以及刹车结束时刻t1的速度v1、加速度a1和理论刹车位移s1，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数。
具体地说，通过车载设备(摄像头或者雷达等)获取刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度和加速度。
理论刹车位移为根据刹车初始时刻的速度和加速度计算得到，具体通过运动学公式可求得理论刹车位移。
所述预先构建的五次多项式刹车函数模型如下：
式中，s为位移；v为速度；a为加速度；t为时间；c0～c5为系数，通过刹车初始时刻t0的速度v0、加速度a0和位移s0，以及刹车结束时刻t1的速度v1、加速度a1和理论刹车位移s1，代入五次多项式刹车函数模型中联合求解得到，具体地说，联合公式(1)和(2)即可求得c0～c5。
当求解得到系数c0～c5的值后，即分别得到：
五次多项式位移函数为：s＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5
五次多项式速度函数为：v＝c1+2c2t+3c3t2+4c4t3+5c5t4
五次多项式加速度函数为：a＝2c2+6c3t+12c4t2+20c5t3
S2、根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移s期望，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度ve。
s期望＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5
具体地说，当前时刻的实际位移通过车载设备即可直接获取。
S3、根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度v期望，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度ve相加后进行PID控制处理，得到补充加速度ae；
v期望＝c1+2c2t+3c3t2+4c4t3+5c5t4
具体地说，当前时刻的实际速度移通过车载设备即可直接获取。
S4、根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度a期望，将所述期望加速度与所述补充加速度ae相加，得到当前时刻的刹车制动加速度。
a期望＝2c2+6c3t+12c4t2+20c5t3
S5、根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制，最后由制动系统实施制动。
在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，在所述将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中之前，还包括：
根据预设的时距和汽车在当前行驶时刻的速度计算安全刹车距离，即s安全＝v当前×t时距；
根据所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离判定是否需要刹车，具体地说，将所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离比较，当所述安全刹车距离等于汽车距障碍物的距离时，判定需要刹车；
当判定需要刹车时，将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中。
本发明还提供了一种智能汽车刹车纵向速度规划控制装置，用于实现上述规划控制方法，具体包括：
求解模块，用于将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数。
第一计算模块，用于根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度。
第二计算模块，用于根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度。
第三计算模块，用于根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将所述期望加速度与所述补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度。
控制模块，用于根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制。
本发明在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于实现一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的操作。
本发明在一个实施例中，一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。
所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，其特征在于，包括：
将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数；
根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度；
根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度；
根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将所述期望加速度与所述补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度；
根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，其特征在于，所述预先构建的五次多项式刹车函数模型如下：
式中，s为位移；v为速度；a为加速度；t为时间；c0～c5为系数，通过将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，代入五次多项式刹车函数模型中联合求解得到。
3.根据权利要求1所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，其特征在于，在所述将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中之前，还包括：
根据预设的时距和汽车在当前行驶时刻的速度计算安全刹车距离；
根据所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离判定是否需要刹车；
当需要刹车时，将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中。
4.根据权利要求3所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，其特征在于，所述根据所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离判定是否需要刹车，包括：
将所述安全刹车距离和汽车距障碍物的距离比较，当所述安全刹车距离等于汽车距障碍物的距离时，判定需要刹车。
5.根据权利要求1所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法，其特征在于，所述理论刹车位移为根据刹车初始时刻的速度和加速度计算得到。
6.一种智能汽车刹车纵向速度规划控制装置，其特征在于，包括：
求解模块，用于将刹车初始时刻的速度、加速度和位移，以及刹车结束时刻的速度、加速度和理论刹车位移，输入预先构建的五次多项式刹车函数模型中，求解得到五次多项式位移函数、五次多项式速度函数和五次多项式加速度函数；
第一计算模块，用于根据所述五次多项式位移函数，计算刹车过程中当前时刻的期望位移，将所述当前时刻的期望位移与当前时刻的实际位移作差得到位移差值，将所述位移差值进行PID控制处理，得到补充速度；
第二计算模块，用于根据所述五次多项式速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望速度，将所述当前时刻的期望速度与当前时刻的实际速度作差得到速度差值，将所述速度差值与所述补充速度相加后进行PID控制处理，得到补充加速度；
第三计算模块，用于根据所述五次多项式加速度函数，计算刹车过程中当前时刻的期望加速度，将所述期望加速度与所述补充加速度相加，得到当前时刻的刹车制动加速度；
控制模块，用于根据所述当前时刻的刹车制动加速度进行刹车纵向速度规划控制。
7.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的一种智能汽车刹车纵向速度规划控制方法的步骤。
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