RU2724008C1 - Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости - Google Patents

Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости Download PDF

Info

Publication number
RU2724008C1
RU2724008C1 RU2019135074A RU2019135074A RU2724008C1 RU 2724008 C1 RU2724008 C1 RU 2724008C1 RU 2019135074 A RU2019135074 A RU 2019135074A RU 2019135074 A RU2019135074 A RU 2019135074A RU 2724008 C1 RU2724008 C1 RU 2724008C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
vehicle
link
adder
Prior art date
Application number
RU2019135074A
Other languages
English (en)
Inventor
Илья Александрович Куликов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ")
Priority to RU2019135074A priority Critical patent/RU2724008C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2724008C1 publication Critical patent/RU2724008C1/ru

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
    • B60W30/10—Path 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
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • 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
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/103—Side slip angle of vehicle body
    • 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
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/105—Speed
    • 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
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/112—Roll movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области автоматического управления движением колесных транспортных средств. Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства, включающая два регулятора, входы которых соединены с блоком задания опорной траектории, а общий выход - с входом регулятора рулевого управления. В первом регуляторе вход первого усилительного звена соединен с первым выходом блока расчета траекторного отклонения, вход второго усилительного звена соединен со вторым выходом блока расчета траекторного отклонения, вход третьего усилительного звена соединен с третьим выходом блока расчета траекторного отклонения, выход первого усилительного звена соединен с первым входом первого сумматора, выход второго усилительного звена соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего усилительного звена соединен с третьим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом релейного элемента, выход релейного элемента соединен с входом усилителя релейного элемента, выход усилителя релейного элемента соединен с первым входом первого интегрирующего звена. Достигается повышение устойчивости автоматического траекторного движения автомобиля. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области автоматического управления движением (в частности, траекторным движением) колесных транспортных средств (далее для краткости называемых автомобилями).
Известна система автоматического управления траекторным движением транспортного средства (патент CN 106080596 A, 2016 г.), включающая разомкнутый контур, который базируется на модели динамики курсового движения автомобиля, и замкнутый контур, который основан на регуляторе, работающем по принципу управления, эквивалентного скользящему режиму (или аналогично этому типу управления). Поверхность скольжения определяется отклонением от заданной опорной траектории движения, его первой производной по времени, его интегралом, а также текущей фактической скоростью рыскания автомобиля. Сумма сигналов разомкнутого и замкнутого контуров формирует управляющий сигнал угла поворота рулевого колеса, требуемого для обеспечения движения по заданной траектории. К недостаткам данной системы относится использование математической модели динамики автомобиля, параметры которой должны быть идентифицированы в процессе движения автомобиля, что создает вычислительные трудности, может быть неточным и в результате снижать эффективность работы регулятора. Другим недостатком является использование управления, эквивалентного скользящему режиму, которое, в отличие от реального скользящего режима, требует идентификации параметров объекта управления и измерения внешних возмущений, что может быть технически недостижимым для бортовой системы управления транспортного средства. Также недостатком системы является использование фактической скорости рыскания автомобиля в качестве параметра, минимизируемого регулятором, поскольку это может препятствовать нормальному траекторному маневрированию автомобиля.
Другая система автоматического траекторного управления транспортным средством, описанная в патенте CN 107831761 А (2018 г.), основана на регуляторе, который обеспечивает равенство текущего фактического курсового угла автомобиля требуемому курсовому углу. Последний рассчитывается на основании бокового отклонения автомобиля от заданной траектории, а также учитывает боковой увод автомобиля. Регулятор курсового угла основан на управлении, эквивалентном скользящему режиму. На выходе регулятора формируется команда угла поворота рулевого колеса, необходимого для обеспечения требуемого курсового угла автомобиля. Недостатком данном изобретения, так же как и в предыдущем аналоге, является использование управления, эквивалентного скользящему режиму, что требует идентификации параметров модели движения автомобиля и оценки внешних возмущений. Ошибки этой идентификации, вероятность которых повышается при движении по дорогам с переменным коэффициентом сцепления, приведут к ухудшению качества работы системы траекторного управления, что может выразиться в неточном отслеживании траектории и снижении курсовой устойчивости автомобиля.
Другая система, описанная в патенте CN 108791289 A (2018 г.), сходна с предыдущим аналогом с основной разницей в том, что для регулирования траекторного движения используется боковое отклонение автомобиля от опорной траектории. Система обладает теми же основными недостатками, что и предыдущий аналог.
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является система автоматического управления траекторным движением и обеспечения курсовой устойчивости беспилотного транспортного средства (патент US 9,796,421 В1, 2017 г.), включающая два регулятора, из которых первый (primary path controller) осуществляет траекторное управление автомобилем в случае его устойчивого движения, а второй (secondary path controller) берет на себя управление автомобилем в ситуациях, требующих специального управления для поддержания курсовой устойчивости. Основным входным сигналом регуляторов является отклонение автомобиля от опорной траектории движения, задаваемой блоком планирования пути (path planning). Отклонение рассчитывается с использованием сигналов информационной измерительной системы автомобиля и системы спутниковой навигации, которой оснащен автомобиль. Эти данные передаются в вычислительные блоки системы управления с помощью шины данных автомобиля. Общим выходным сигналом двух регуляторов является команда угла поворота рулевого колеса (steering angle). Она рассчитывается специальной функцией (gain scheduling function) с использованием угла поворота рулевого колеса, рассчитанного каждым из двух регуляторов, а также величины угла дрейфа автомобиля (vehicle sideslip angle). Оба регулятора основаны на использовании математической модели динамики курсового движения автомобиля и отличаются друг от друга способом представления этой модели. Для идентификации параметров модели, используемых в регуляторах, используется блок «наблюдатель» (observer-estimator), также основанный на данной модели, но использующий ее в другой конфигурации. Степень задействования каждого их двух регуляторов зависит от величины угла дрейфа автомобиля, который определяется путем косвенной идентификации. Сопоставляя его текущее значение с пороговыми значениями (sideslip angle thresholds), заданными в памяти системы управления, алгоритм рассчитывает степень использования каждого из регуляторов.
Недостатком описанной системы управления является наличие ряда параметров математической модели движения автомобиля, а также параметров системы управления, которые не могут быть измерены, и в этой связи определяются расчетным путем, который может давать неточные результаты, особенно в сложных условиях движения, например, при переменном коэффициенте сцепления шин с дорогой. Неточный расчет этих параметров может снижать эффективность работы регуляторов траекторного движения. Другим недостатком является повышенная вычислительная нагрузка на процессорные устройства, используемые в системе управления, обусловленная необходимостью обсчета в реальном времени достаточно громоздких математических моделей, лежащих в основе регуляторов и «наблюдателя». Высокая вычислительная нагрузка может препятствовать использованию системы управления при повышенных скоростях движения автомобиля.
Задача, решаемая настоящим изобретением, направлена на реализацию системы автоматического управления траекторным движением автомобиля (транспортного средства), которая адаптируется к различным эксплуатационным условиям и обеспечивает курсовую устойчивость автомобиля.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в реализации адаптивности системы управления траекторным движением к любым условиям движения автомобиля и его физическим и/или конструктивным параметрам без необходимости измерения или косвенной идентификации этих условий движения и параметров.
Другой технический результат состоит в повышении устойчивости автоматического траекторного движения автомобиля с предотвращением заносов и снижением степени сносов в поворотах, в том числе на поверхностях с низким и меняющимся коэффициентом сцепления.
Другой технический результат состоит в снижении вычислительной нагрузки на процессорные устройства, с помощью которых система автоматического управления реализуется в составе транспортного средства (автомобиля).
Заявленные технические результаты достигаются тем, что в системе автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости, включающей два регулятора, входы которых соединены с блоком задания опорной траектории, а общий выход - с входом регулятора рулевого управления, включающей блок расчета траекторного отклонения, связанный с информационно-измерительной системой автомобиля с помощью шины данных автомобиля и со спутниковой навигационной системой, согласно изобретению в первом регуляторе вход первого усилительного звена соединен с первым выходом блока расчета траекторного отклонения сигналом траекторного отклонения, вход второго усилительного звена соединен со вторым выходом блока расчета траекторного отклонения сигналом первой производной траекторного отклонения, вход третьего усилительного звена соединен со третьим выходом блока расчета траекторного отклонения сигналом второй производной траекторного отклонения, выход первого усилительного звена соединен с первым входом первого сумматора, выход второго усилительного звена соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего усилительного звена соединен с третьим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом релейного элемента, выход релейного элемента соединен с входом усилителя релейного элемента, выход усилителя релейного элемента соединен с первым входом первого интегрирующего звена, выход первого интегрирующего звена соединен с первым входом второго интегрирующего звена, выход второго интегрирующего звена соединен с входом регулятора рулевого управления и является выходом первого регулятора. Кроме того, второй регулятор построен на основе первого путем добавления кинематической модели движения автомобиля, вход которой соединен с шиной данных автомобиля сигналами фактической продольной скорости автомобиля и фактического угла поворота рулевого колеса, выход которой соединен со вторым входом второго сумматора, первый, инвертирующий, вход которого соединен с шиной данных автомобиля сигналом фактической скорости рыскания автомобиля, и добавления блока курсовой устойчивости, вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход соединен с четвертым, инвертирующим, входом первого сумматора.
В частных случаях реализации изобретения используется блок расчета ограничений управления, входы которого соединены с выходами блока расчета траекторного отклонения и с шиной данных автомобиля, первый выход соединен со вторым входом первого интегрирующего звена сигналом ограничения первой производной команды угла поворота рулевого колеса, а второй выход соединен со вторым входом второго интегрирующего звена сигналом ограничения команды угла поворота рулевого колеса.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемой системы автоматического управления.
В предлагаемой системе автоматического управления объектом управления является автомобиль 1 в аспекте его траекторного движения. Автомобиль включает рулевое управление 2 - устройство, создающее поворачивающий момент, который определяет характеристики траекторного движения автомобиля. Считается, что рулевое управление 2 включает ведущее звено, которое ниже условно называется рулевым колесом (фактически рулевое колесо может отсутствовать, при этом ведущим звеном рулевого управления является рулевой вал). Ведомым звеном рулевого управления являются управляемые колеса автомобиля, которые непосредственно создают поворачивающий момент. Ведущее и ведомое звенья соединены передаточным звеном, которое называется рулевым механизмом. Автомобиль 1 также включает бортовую информационно-измерительную систему 3 (ИИС), которая измеряет и рассчитывает параметры его движения и параметры работы его агрегатов. Информация об этих параметрах может быть получена из шины данных автомобиля 4 (шины данных обозначены на фиг. 1 двойными линиями, что подчеркивает наличие в одной шине нескольких сигналов). В частности, в ней содержатся сигналы фактической продольной скорости автомобиля Vx, фактического угла поворота рулевого колеса δРУ и фактической скорости рыскания автомобиля ωz. С кузовом автомобиля механически соединена спутниковая навигационная система 5 (СНС), которая способна определять (измерять) координаты автомобиля X, Y и его курсовой угол ψz (угол между одной из осей неподвижной системы координат, связанной с дорогой, и продольной осью автомобиля). Информация об этих параметрах может быть получена из шины данных СНС 6. Автоматическое регулирование рулевого управления 2 (поворот рулевого колеса) осуществляется регулятором рулевого управления (регулятор РУ) 7 посредством управляющего сигнала
Figure 00000001
, который генерируется на выходе регулятора РУ 7 и передается на вход рулевого управления 2. Первый вход регулятора РУ 7 соединен с выходом второго интегрирующего звена 8 сигналом команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000002
. Второй вход регулятора РУ 7 принимает сигнал обратной связи от рулевого управления 2, а именно фактический угол поворота рулевого колеса δp.к.. Первый вход второго интегрирующего звена 8 соединен с выходом первого интегрирующего звена 9 сигналом первой производной команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000003
. Второй вход второго интегрирующего звена 8 соединен с первым выходом блока расчета ограничений управления 10 сигналом предельного значения команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000004
. Первый вход первого интегрирующего звена 9 соединен с выходом усилителя релейного элемента 11 (с коэффициентом усиления k0) сигналом второй производной команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000005
. Второй вход первого интегрирующего звена 9 соединен со вторым выходом блока расчета ограничений управления 10 сигналом предельного значения первой производной команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000006
. Первый вход блока расчета ограничений управления 10 соединен с шиной данных автомобиля 4 сигналами фактической продольной скорости автомобиля Vx и фактической скорости рыскания автомобиля ωz. Второй вход блока расчета ограничений управления 10 соединен с первым выходом блока расчета траекторного отклонения 13 сигналом величины отклонения от опорной траектории Δ. Вход усилителя релейного элемента 11 соединен с выходом релейного элемента 12 выходным сигналом релейного элемента r. Вход релейного элемента 12 соединен с выходом первого сумматора 14 сигналом поверхности скольжения γ. Первый вход первого сумматора 14 соединен с выходом первого усилительного звена 15 с коэффициентом усиления k1. Второй вход первого сумматора 14 соединен с выходом второго усилительного звена 16 с коэффициентом усиления k2. Третий вход первого сумматора 14 соединен с выходом третьего усилительного звена 17 с коэффициентом усиления k3. Четвертый, инвертирующий, вход первого сумматора 14 соединен с выходом блока курсовой устойчивости 18 сигналом корректирующего воздействия ƒ(Δωz). Вход первого усилительного звена 15 соединен с первым выходом блока расчета траекторного отклонения 13 сигналом величины отклонения автомобиля от опорной траектории Δ. Вход второго усилительного звена 16 соединен со вторым выходом блока расчета траекторного отклонения 13 сигналом величины первой производной отклонения автомобиля от опорной траектории
Figure 00000007
. Вход третьего усилительного звена 17 соединен с третьим выходом блока расчета траекторного отклонения 13 сигналом величины второй производной отклонения автомобиля от опорной траектории
Figure 00000008
. Первый вход блока расчета траекторного отклонения 13 соединен с выходом блока задания опорной траектории 19 сигналом, содержащим информацию о координатах опорной траектории Хкмд, Yкмд. Второй вход блока расчета траекторного отклонения 13 соединен с шиной данных автомобиля 4 сигналами фактической продольной скорости автомобиля Vx и фактической скорости рыскания автомобиля ωz. Третий вход блока расчета траекторного отклонения 13 соединен с шиной данных СНС 6 сигналом, содержащим информацию о координатах Х, Y и курсовом угле ψz автомобиля. Вход блока курсовой устойчивости 18 соединен с выходом второго сумматора 20 сигналом отклонения скорости рыскания Δωz. Первый, инвертирующий, вход второго сумматора 20 соединен с шиной данных автомобиля 4 сигналом фактической скорости рыскания автомобиля ωz. Второй вход второго сумматора 20 соединен с выходом блока кинематической модели движения автомобиля 21 сигналом расчетной скорости рыскания
Figure 00000009
. Вход блока кинематической модели движения автомобиля 21 соединен с шиной данных автомобиля 4 сигналами фактического угла поворота рулевого колеса δр.к. и фактической продольной скорости автомобиля Vx.
Сочетание блоков 8, 9, 11, 12, 14-17 (блоки на фиг. 1, охваченные контуром со штрихпунктирной линией) является регулятором траекторного движения автомобиля и далее называется первым регулятором 22. Сочетание блоков 8, 9, 11, 12, 14-18, 20 и 21 (блоки на фиг. 1, охваченные контуром с пунктирной линией) является регулятором траекторного движения автомобиля с функцией курсовой устойчивости и ниже называется вторым регулятором 23.
Структура описываемой системы автоматического управления допускает использование производных отклонения от опорной траектории Δ порядка выше второго. В этом случае должны быть добавлены соответствующие выходы из блока расчета траекторного отклонения 13, которые соединяются с дополнительными усилительными звеньями, выходы которых соединяются с дополнительными входами первого сумматора 14. Также структура системы допускает использование более двух интегрирующих звеньев на выходе из усилителя релейного элемента 11. В этом случае дополнительные интегрирующие звенья соединяются последовательно, располагаясь между выходом усилителя релейного элемента 11 и первым входом интегрирующего звена 9. Также в этом случае могут быть использованы ограничения управляющих сигналов для дополнительных интегрирующих звеньев. Для этого блок ограничения управляющих сигналов 10 должен быть снабжен дополнительными выходами, которые соединяются со вторыми входами дополнительных интегрирующих звеньев; также блок ограничения управляющих сигналов 10 должен быть снабжен средствами расчета этих дополнительных ограничений.
Блок задания опорной траектории 19 может содержать информацию об опорной траектории (т.е. траектории, по которой должно выполняться движение автомобиля) в виде числового массива координат. Блок задания опорной траектории 19 может быть дополнен блоком приема сигналов от ведущего автомобиля, если за ним в автоматическом режиме следует автомобиль 1, оснащенный описываемой системой автоматического управления.
Блок расчета траекторного отклонения 13 может рассчитывать линейное или угловое отклонение автомобиля от опорной траектории Δ. Блок расчета траекторного отклонения 13 может содержать функцию комплексирования навигационных данных, служащую для улучшения качества расчета траекторного отклонения.
В качестве кинематической модели движения автомобиля в блоке 21 может быть использована любая известная модель, связывающая входные и выходные сигналы блока 21. Кинематическая модель может учитывать малый боковой увод или не учитывать боковой увод. Для обеспечения независимости системы управления от условий движения и неизвестных параметров автомобиля кинематическая модель не должна учитывать боковой увод.
Вместо кинематической модели движения автомобиля 21 и второго сумматора 20, рассчитывающих отклонение скорости рыскания Δωz, может использоваться другая кинематическая модель движения автомобиля, рассчитывающая разность углов увода передних и задних колес, которая пропорциональна отклонению скорости рыскания Δωz.
Блок курсовой устойчивости 18 ставит в соответствие рассчитанному отклонению скорости рыскания Δωz корректирующее воздействие ƒ(Δωz), пропорциональное этому отклонению. Для получения этого корректирующего воздействия может быть использовано одно из известных решений из области автоматического управления, например, линейный или нелинейный регулятор, блок нечеткой логики, искусственная нейронная сеть и т.д.
Блок расчета ограничений управления 10 может содержать функции, ограничивающие команды скорости
Figure 00000010
и угла
Figure 00000011
поворота рулевого колеса в зависимости от параметров траекторного движения автомобиля 1, например, от его фактической продольной скорости Vx, фактической скорости рыскания ωz и отклонения от опорной траектории Δ.
Описание работы системы
Блок задания опорной траектории 19 передает координаты опорной траектории в блок расчета траекторного отклонения 13. В случае задания опорной траектории ведущим автомобилем информационно-измерительная система, которой он оборудован, передает его координаты в блок задания опорной траектории 19. С помощью сигналов блока задания опорной траектории 19 и сигналов из шин данных автомобиля 4 и СНС 6 блок расчета траекторного отклонения 13 рассчитывает линейное или угловое отклонение автомобиля от опорной траектории Δ (или от траектории движения ведущего автомобиля), а также его первую
Figure 00000012
и вторую
Figure 00000013
производные (при необходимости и технической возможности могут быть рассчитаны производные более высоких порядков). Сигналы рассчитанного отклонения автомобиля от опорной траектории Δ и его производных
Figure 00000014
выходят из блока расчета траекторного отклонения 13 и проходят через усилительные звенья с коэффициентами усиления k1, k2, k3. Результирующие усиленные сигналы поступают на первый, второй и третий входы первого сумматора 14 (при наличии производных отклонения порядка выше второго используются дополнительные усилительные звенья и дополнительные входы первого сумматора 14). Одновременно блок кинематической модели движения автомобиля 21 выполняет расчет скорости рыскания автомобиля
Figure 00000015
, которая имела бы место в случае его движения без увода или с малым уводом при текущих фактических значениях продольной скорости Vx и угла поворота рулевого колеса δр.к., поступающих из шины данных автомобиля 4. Полученная в результате расчетная скорость рыскания
Figure 00000015
поступает во второй вход второго сумматора 20, а в его первый, инвертирующий, вход поступает фактическая скорость рыскания автомобиля ωz, полученная из шины данных автомобиля 4. На выходе второго сумматора 20 формируется разность между расчетной скоростью рыскания
Figure 00000015
и фактической скоростью рыскания ωz, называемая отклонением скорости рыскания Δωz. Эта разность характеризует боковой увод автомобиля, точнее она пропорциональна разности углов увода передней и задней осей автомобиля, характеризующей его поворачиваемость, которая может использоваться как индикатор склонности автомобиля к потере курсовой устойчивости и/или управляемости (заносу или сносу). Отклонение скорости рыскания Δωz передается в блок курсовой устойчивости 18, который рассчитывает корректирующее воздействие ƒ(Δωz) с помощью заложенной в него функции, регулятора или алгоритма. Корректирующее воздействие ƒ(Δωz) передается в четвертый, инвертирующий, вход первого сумматора 14. Сумма всех сигналов, входящих в первый сумматор 14, формирует сигнал поверхности скольжения γ, который передается на вход релейного элемента 12. Релейный элемент 12 представляет собой известный тип вычислительного элемента, который в зависимости от знака входного сигнала (в данном случае сигнала поверхности скольжения γ) выдает на своем выходе либо +1 (если входной сигнал положительный), либо -1 (если входной сигнал отрицательный). Выходной сигнал релейного элемента 12 передается в усилитель релейного элемента 11, который умножает этот сигнал на постоянный коэффициент k0 достаточно большой величины, необходимой для обеспечения приемлемой рабочей частоты переключений релейного элемента 12. Выходной сигнал усилителя релейного элемента 11 передается в последовательно соединенные интегрирующие звенья - сначала в первое 9, а затем во второе 8. Выход второго интегрирующего звена 8 используется как команда угла поворота рулевого колеса
Figure 00000016
. Сигнал на выходе из первого интегрирующего звена 9 соответствует первой производной команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000017
, а сигнал на выходе из усилителя релейного элемента 11 соответствует второй производной команды угла поворота рулевого колеса
Figure 00000018
. Команда угла поворота рулевого колеса
Figure 00000016
выполняется посредством регулятора РУ 7, который сравнивает ее с сигналом обратной связи δр.к., поступающим из рулевого управления 2 в его второй вход, и создает управляющее воздействие
Figure 00000019
, поворачивающее рулевое колесо на требуемый угол
Figure 00000016
. В свою очередь, рулевое управление 2 создает поворачивающий момент, который направляет автомобиль 1 в сторону опорной траектории (или траектории ведущего автомобиля), уменьшая таким образом траекторное отклонение Δ.
Блок расчета ограничений управления 10, используя поступающие в его входы сигналы, рассчитывает предельные значения команд угла поворота рулевого колеса
Figure 00000020
и его производной
Figure 00000021
(производных - в случае наличия дополнительных интегрирующих звеньев между усилителем релейного элемента 11 и первым интегрирующим звеном 9). Эти предельные значения передаются в интегрирующие звенья 8, 9, тем самым ограничивая их выходные сигналы в соответствии с текущими условиями движения автомобиля.
При увеличении бокового увода во время траекторного маневрирования автомобиля 1 увеличивается его отклонение от опорной траектории Δ. Чтобы компенсировать это отклонение, первый регулятор 22 стремится больше поворачивать рулевое колесо в сторону опорной траектории. При достаточно большом уводе это действие может не только не уменьшить отклонение автомобиля от опорной траектории Δ, но и наоборот увеличить его, поскольку поворот рулевого колеса на большой угол увеличивает боковой увод. В определенных условиях данное компенсирующее действие первого регулятора 22 может вызвать также и потерю устойчивости курсового движения автомобиля 1. В этой связи скорость поворота рулевого колеса
Figure 00000022
и угол δр.к., на который оно поворачивается, должны ограничиваться по мере роста увода, несмотря на то, что это противоречит точному отслеживанию траектории. В настоящем изобретении данное ограничение реализуется посредством второго регулятора 23. При увеличении отклонения скорости рыскания Δωz (что эквивалентно увеличению бокового увода) блок курсовой устойчивости 18 усиливает сигнал ƒ(Δωz) на своем выходе. Поскольку этот сигнал подключен к инвертирующему входу первого сумматора 13, он уменьшает воздействие первого регулятора 22, снижая приоритет точного отслеживания траектории и повышая приоритет устойчивого курсового движения автомобиля 1. Таким образом, использование второго регулятора 23 позволяет устанавливать баланс точности отслеживания траектории и курсовой устойчивости движения автомобиля 1. При малом боковом уводе превалирует точность отслеживания траектории. При росте бокового увода повышается влияние блока курсовой устойчивости 18. При особенно большом боковом уводе действие блока курсовой устойчивости 18 превалирует, и автомобиль 1 может существенно (но кратковременно) отклониться от заданной траектории, но при этом он сохранит устойчивость движения. По мере уменьшения бокового увода корректирующее воздействие ƒ(Δωz) уменьшается, и автомобиль 1 возвращается на опорную траекторию.

Claims (3)

1. Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства (автомобиля) с функцией курсовой устойчивости, включающая два регулятора, первый из которых управляет только траекторным движением автомобиля, а второй управляет траекторным движением автомобиля и обеспечивает его курсовую устойчивость, входы которых соединены с блоком задания опорной траектории, а общий выход - с входом регулятора рулевого управления, включающая блок расчета траекторного отклонения, соединенный с информационно-измерительной системой автомобиля с помощью шины данных автомобиля, соединенный линией передачи сигналов со спутниковой навигационной системой, отличающаяся тем, что в первом регуляторе вход первого усилительного звена соединен с первым выходом блока расчета траекторного отклонения линией передачи сигнала отклонения автомобиля от опорной траектории, вход второго усилительного звена соединен со вторым выходом блока расчета траекторного отклонения линией передачи сигнала первой производной отклонения автомобиля от опорной траектории, вход третьего усилительного звена соединен с третьим выходом блока расчета траекторного отклонения линией передачи сигнала второй производной отклонения автомобиля от опорной траектории, выход первого усилительного звена соединен с первым входом первого сумматора, выход второго усилительного звена соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего усилительного звена соединен с третьим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом релейного элемента, выход релейного элемента соединен с входом усилителя релейного элемента, выход усилителя релейного элемента соединен с первым входом первого интегрирующего звена, выход первого интегрирующего звена соединен с первым входом второго интегрирующего звена, выход второго интегрирующего звена соединен с входом регулятора рулевого управления и является выходом первого регулятора.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что второй регулятор построен на основе первого путем добавления кинематической модели движения автомобиля, вход которой соединен с шиной данных автомобиля линией передачи сигналов фактической продольной скорости автомобиля и фактического угла поворота рулевого колеса, выход которой соединен со вторым входом второго сумматора, первый, инвертирующий, вход которого соединен с шиной данных автомобиля линией передачи сигнала фактической скорости рыскания автомобиля, и добавления блока курсовой устойчивости, вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход соединен с четвертым, инвертирующим, входом первого сумматора.
3. Система по п. 1, отличающаяся наличием блока расчета ограничений управления, входы которого соединены с выходами блока расчета траекторного отклонения и с шиной данных автомобиля, первый выход соединен со вторым входом первого интегрирующего звена линией передачи сигнала ограничения первой производной команды угла поворота рулевого колеса, а второй выход соединен со вторым входом второго интегрирующего звена линией передачи сигнала ограничения команды угла поворота рулевого колеса.
RU2019135074A 2019-11-01 2019-11-01 Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости RU2724008C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135074A RU2724008C1 (ru) 2019-11-01 2019-11-01 Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135074A RU2724008C1 (ru) 2019-11-01 2019-11-01 Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724008C1 true RU2724008C1 (ru) 2020-06-18

Family

ID=71096055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135074A RU2724008C1 (ru) 2019-11-01 2019-11-01 Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724008C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101288081A (zh) * 2005-10-11 2008-10-15 福特全球技术公司 车辆横摆稳定系统
CN104773170A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 吉林大学 一种车辆稳定性集成控制方法
US9796421B1 (en) * 2016-04-07 2017-10-24 GM Global Technology Operations LLC Autonomous vehicle lateral control for path tracking and stability

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101288081A (zh) * 2005-10-11 2008-10-15 福特全球技术公司 车辆横摆稳定系统
CN104773170A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 吉林大学 一种车辆稳定性集成控制方法
US9796421B1 (en) * 2016-04-07 2017-10-24 GM Global Technology Operations LLC Autonomous vehicle lateral control for path tracking and stability

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111610780B (zh) 一种自动驾驶车路径跟踪控制方法及其装置
US9499197B2 (en) System and method for vehicle steering control
Snider Automatic steering methods for autonomous automobile path tracking
US10077072B2 (en) Vehicle steering device and vehicle steering control method with reduced lateral speed
CN112733270A (zh) 车辆行驶轨迹预测和轨迹偏离危险度评估的系统与方法
CN105676643B (zh) 一种智能汽车转向和制动自适应协调控制方法
CN107415939A (zh) 一种分布式驱动电动汽车转向稳定性控制方法
US20180304918A1 (en) Automatic driving system
WO2015084406A1 (en) Pre-alert of lcc's steering torque limit exceed
US20230211786A1 (en) Path-controlling module, associated path-controlling device and associated method
CN116080754B (zh) 一种车辆自主驾驶横向控制方法
CN114502450B (zh) 机动车辆横向和纵向引导中的死区时间补偿技术
US20240227795A1 (en) An adaptive path following algorithm for heavy-duty vehicles
US20230131835A1 (en) Apparatus for controlling autonomous driving of independent driving electric vehicle and method thereof
CN110576898B (zh) 机动车辆转向控制系统及转向控制方法
CN116552550A (zh) 基于参数不确定性和横摆稳定性的车辆轨迹跟踪控制系统
CN116834754A (zh) 一种自动驾驶车辆自适应调速的横纵协同控制方法
CN114148403B (zh) 一种线控转向系统多工况稳定性控制方法
RU2724008C1 (ru) Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости
CN116198522B (zh) 一种复杂矿区工况的无人矿卡横垂向耦合递阶控制方法
Lee et al. Robust control based on DOBC for improving lateral string stability of truck platooning
RU2744641C1 (ru) Адаптивная система помощи водителю легкового автомобиля с прицепом при движении задним ходом и способ её использования
Caldas et al. Autonomous driving of trucks in off-road environment
Braconnier et al. High speed path tracking application in harsh conditions: Predictive speed control to restrict the lateral deviation to some threshold
Sugano et al. Platoon driving experiment of electric wheelchair in narrow space by using model error compensator

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201110

Effective date: 20201110