一种车辆底盘信息物理系统与多智能体协同控制方法

本发明属于汽车线控底盘系统，尤其涉及一种车辆底盘信息物理系统与多智能体协同控制方法。

背景技术：

1、随着我国从汽车大国向汽车强国战略转型升级，代表汽车领域尖端技术的智能汽车领域蓬勃发展，线控底盘系统作为智能汽车关键系统，近年来成为了研究热点。

2、线控底盘系统包括线控制动子系统、线控转向子系统、线控悬架子系统、线控驱动子系统及各类上层汽车安全辅助控制系统。目前关于底盘协同控制的研究大多聚焦于线控制动子系统、线控转向子系统、线控悬架子系统之间的协同控制。申请号为202110225610.1的发明专利，公开了一种基于多智能体的云控智能底盘系统的控制方法，该专利中分别将线控制动子系统、线控转向子系统、线控悬架子系统看作智能体，通过一个多智能体协调器来协调三者的输出，并通过一个云端处理中心对多智能体强化学习结果进行定期的检验和调整，此发明仍然是对线控制动子系统、线控转向子系统、线控悬架子系统这类下层控制系统直接进行协调控制，忽略了在特殊工况下，作为各线控系统上层控制器的汽车安全辅助系统起作用时，各上层汽车安全辅助系统之间的控制目标差异，直接对下层控制系统进行协同控制，易导致上、下层系统决策冲突，下层线控子系统协同困难，综合决策复杂，某些工况下难以达到最优控制状态。因此，为减轻下层线控系统决策难度，提升特殊工况下底盘域综合协同性能，有必要对上层安全辅助系统进行协同控制。

3、底盘线控技术中使用的汽车参考模型一般为简化的汽车数学模型，对汽车自由度进行简化后的汽车数学模型可以达到快速计算的目的，但汽车实际上为非线性模型，难以通过解析式表达，对汽车物理模型的过多简化使得汽车参考模型与汽车实际状态误差较大，导致依据参考模型计算出的控制参数不准确，难以实现汽车精准的动作控制，目前基于数字孪生技术的方法被引入解决这个问题。申请号为202110170344.7的发明专利，公开了一种数字孪生驱动的智能线控底盘系统及其故障诊断方法，该专利在底盘孪生系统中建立了线控转向系统模型、线控制动系统模型和线控驱动系统模型，利用底盘孪生系统与线控底盘装置实时交互来达到信息交换的目的，但此发明只关注底盘状态，没有进一步考虑在实时驾驶环境下的底盘孪生体动态变化过程，另外也未考虑线控悬架系统对底盘动态特性的影响，上述问题会导致底盘孪生体模型不够精确，而且只能获得非常有限的车辆参数。因此，建立汽车实时驾驶环境孪生体来进一步提高底盘孪生体的模型精度并获取更多的车辆参数是必要的。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种车辆底盘信息物理系统与多智能体协同控制方法，解决了汽车参考模型准确度不足和底盘系统上层汽车安全辅助系统协同的问题，提升了线控底盘系统的综合协同控制性能。

2、本发明车辆底盘信息物理系统包括感知模块、多智能体协调控制模块、线控底盘物理系统、驾驶环境数字孪生体及车辆模型数字孪生体。本发明基于多智能体协调控制模块，对汽车底盘各上层汽车安全辅助系统进行协调，避免了各控制系统之间的冲突行为，同时也减轻了下层线控系统决策难度，提升了特定工况下底盘域综合协同控制性能。基于数字孪生方法，建立了驾驶环境数字孪生体及车辆模型数字孪生体，孪生体与真实环境实时交互，基于车辆模型数字孪生体计算得出较常规方法更为精确的控制量，极大的提高了底盘控制的稳定性和可靠性。

3、本发明基于数字孪生方法和多智能体，将底盘物理层、网络层、控制流、信息流综合构建为一个车辆底盘信息物理系统，提升了底盘综合协同控制性能，对于整车舒适性、安全性和平顺性的改善具有重要意义。

4、注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

5、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

6、一种车辆底盘信息物理系统，包括感知模块、多智能体协调控制模块、线控底盘物理系统、驾驶环境数字孪生体及车辆模型数字孪生体；

7、所述感知模块与车载传感器连接，用于采集车辆状态信息和环境信息；感知模块还与驾驶环境数字孪生体连接，用于将实时驾驶环境传输到驾驶环境数字孪生体中，构建与真实驾驶环境实时同步的虚拟驾驶环境；

8、所述线控底盘物理系统，用于执行多智能体协调控制模块的控制指令；

9、所述驾驶环境数字孪生体设有全局地图，通过感知模块将环境信息实时映射到驾驶环境数字孪生体中，用于获得与真实驾驶环境一致的虚拟实时驾驶环境；

10、所述车辆模型数字孪生体通过与真实线控底盘物理系统实时交互，真实映射实际车辆在实际驾驶环境中的行驶状态，获取更为精确和丰富的车辆状态参数，为底盘控制提供了更加准确的车辆参考模型；

11、所述多智能体协调控制模块结合当前驾驶工况和驾驶环境，选择调用各汽车安全辅助系统对线控底盘物理系统进行控制，并通过强化学习获得实现决策意图的最佳动作，从而协调各汽车安全辅助系统输出，对车辆进行综合协调控制。

12、上述方案中，所述线控底盘物理系统包括线控转向子系统、车轮系统、线控制动子系统、线控悬架子系统及线控驱动子系统；所述车辆模型数字孪生体包括线控驱动孪生体、线控悬架孪生体、线控制动孪生体、线控转向孪生体及四个车轮孪生体。

13、上述方案中，所述多智能体协调控制模块包括上层车辆安全辅助系统、协调智能体和决策层；协调智能体根据决策层需求选择调用并协调各上层车辆安全辅助系统对车辆进行控制，使得车辆综合控制状态最优。

14、上述方案中，所述汽车安全辅助系统包括紧急制动系统、车身稳定系统、防抱死系统、前轮主动转向系统、四轮转向系统、智能汽车综合辅助转向系统、四轮驱动系统、自适应巡航系统、主动悬架系统和驱动力控制系统。

15、一种根据所述的车辆底盘信息物理系统的控制方法，包括以下步骤：

16、1)所述感知模块采集驾驶环境信息和道路信息传输到驾驶环境孪生体模型，采集车辆状态信息和驾驶员指令信息传输到多智能体协调控制模块；

17、2)所述驾驶环境孪生体根据接收到的来自感知模块的信息，结合已有的全局地图，实时建立当前驾驶环境下的局部地图，构建虚拟的实时驾驶环境；

18、3)所述多智能体协调控制模块接收到来自感知模块的信息和车辆模型数字孪生体的信息，决策选择调用车辆安全辅助系统，并通过协调智能体协调各车辆安全辅助系统的输出，将最佳输出控制量传输到线控底盘物理系统；

19、4)所述线控底盘物理系统接收到来自多智能体协调控制模块的控制指令，通过驱动执行器执行控制指令，并将底盘状态信息传输到车辆模型数字孪生体；

20、5)所述车辆模型数字孪生体根据接收到的来自线控底盘物理系统的信息，结合已有的虚拟车辆模型，实时的更新和优化车辆模型数字孪生体，同时车辆模型数字孪生体与驾驶环境数字孪生体实时交互，真实的映射车辆在实际驾驶环境中行驶状态，并将孪生体车辆模型实时运行状态信息传输到多智能体协调控制模块。

21、上述方案中，所述步骤1)中感知模块信息包含外界环境信息、自车状态信息和驾驶员控制指令信息；外界环境信息通过激光雷达和深度相机所测得，并在感知模块中进行数据融合；自车状态信息通过车载传感器测得，并在感知模块中进行状态估计和滤波处理。

22、上述方案中，所述步骤2)中的驾驶环境孪生体模型设置在云服务器中，通过5g蜂窝网络与车载感知模块进行信息传输，将感知信息与内置的全局地图进行匹配，构建高精度的虚拟驾驶环境。

23、上述方案中，所述步骤3)中多智能体协调控制模块具体工作流程包括：

24、31)所述感知模块采集到当前驾驶环境信息、自车状态信息和驾驶员指令信息，传递到多智能体协调控制模块的决策层；

25、32)所述决策层首先结合车辆状态和驾驶环境信息，对车辆当前状态稳定性进行判断及对未来一段预设时间内的状态稳定性进行预测，如果判定车辆状态将持续保持稳定且为驾驶员驾驶模式，则多智能体协调控制模块直接将信息流传递到线控底盘物理系统；

26、33)如果判定车辆状态将持续保持稳定且为自动驾驶模式，则决策层选择调用以维持车辆稳定安全行驶为目标的一个或多个车辆安全辅助系统，协调智能体则协调各车辆安全辅助系统的输出；

27、34)如果判定车辆状态为不稳定状态，则结合车辆状态和驾驶环境信息，决策层选择调用以维持车辆状态稳定为目标的一个或多个车辆安全辅助系统，协调智能体则协调各车辆安全辅助系统的输出。

28、上述方案中，所述步骤4)中的底盘状态信息通过5g蜂窝网络传输到位于云服务器上的车辆模型数字孪生体，基于真实车辆底盘实时状态，不断修正孪生体车辆模型。

29、上述方案中，所述步骤5)中的车辆模型数字孪生体放在云服务器中，孪生体车辆模型在构建的孪生体驾驶环境中运行，是车辆在真实驾驶环境中运行的实时映射。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1.本发明基于线控底盘物理层、网络层和控制层的特性，结合数字孪生技术，构建了底盘信息物理系统架构，极大的提高了底盘域综合控制能力，同时建立了驾驶环境数字孪生体和车辆模型数字孪生体，通过虚拟驾驶与现实驾驶的实时交互，得到精确的车辆参考模型，对于底盘控制精度的提升具有重要意义。

32、2.本发明基于多智能体理论，充分考虑了在某些工况下，当汽车安全辅助系统起作用时，作为各线控子系统上层控制器的各类汽车安全辅助系统之间的控制目标差异，协同控制上层汽车安全辅助系统的输出，减轻了下层线控系统决策难度，提升特殊工况下底盘域综合协同性能，对于整车舒适性、安全性和平顺性的改善具有重要意义。

33、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。