一种基于运动模式判断的无人车纵向控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能车辆领域，主要涉及无人驾驶车辆的纵向速度控制。
【背景技术】
[0002]无人驾驶车辆是未来智能车辆的发展趋势之一。无人车的研究也将推动智能交通和智慧城市的发展，具有重大的战略意义。国内外众多机构都展开了对无人车的研究，其中谷歌的无人车已经通过了大量的道路试验，做好了商业化的准备。国内的无人车研究进展也相当迅速，有不少专利公布。
[0003]中国专利申请公开号CN201510278571.6提出了一种无人驾驶车辆侧纵向耦合运动的控制方法。该方法首先选择无人车侧纵向耦合跟踪控制器的输入参数和输出参数并，定义了跟踪控制误差及状态方程;使用跟踪控制误差作为状态变量建立了快速终端滑膜并采用快速终端趋近率作为跟踪控制的滑膜趋近率;根据车辆动力学模型及上述内容推导得出期望的驱动力或制动力和期望的侧向力之间的耦合关系;之后计算得出期望的前轮转角并利用所建立的逆纵向力模型判断纵向控制应当进行加速还是制动控制;最后根据车辆动力学模型计算节气门开度或制动力矩。从仿真结果看该方法由于建立了车辆侧纵向的耦合模型，因而提升了无人车辆在转弯过程中的侧纵向跟踪精度。
[0004]中国专利申请公开号CN201410494785提出了一种无人车的纵向智能控制系统，该控制系统为中央控制器分别连接线控制动子系统和电子油门子系统；中央控制器通过CAN通讯连接到CAN网络中；中央控制器通过CAN网络接收控制车辆目标速度的控制命令，经过中央控制器的控制策略和算法的实施后，控制线控制动子系统和电子油门子系统根据目前检测到的实际车速信号进行制动和油门的动态PID闭环控制。该智能控制系统在启动时通过线控制动子系统和电子油门子系统控制纵向控制速度为0，并进入接收CAN命令状态；当中央控制器接收到加速命令的时候，中央控制器分析目标速度、及加速度大小控制系统加速到目标速度值。并根据CAN网络反馈的实际车速信号动态调整输出值E(V)，当E(V)X^f，控制线控制动子系统松开制动，并开始控制电子油门子系统，实施增大电子油门输出；当接收到减速命令的时候，中央控制器分析目标速度、及减速度大小控制系统减速到目标速度值，并根据CAN网络反馈的实际车速信号动态调整输出值E(V)，当Ε(ν)〈 = 0时，开始控制电子油门子系统，实施减小油门输出，并通过线控制动子系统收紧制动。
[0005]可以看出目前无人车纵向控制领域的研究主要集中在以误差反馈为基础，以控制精度为目标的算法研究上。然而这些研究都具有一些共同的局限性:一、只强调控制过程精度的提高，而忽略了无人车作为车辆本身还应当具有的舒适性指标;二、只针对无人车辆行驶中某一种工况下的纵向控制方法进行研究或者使用单一控制方法对无人车辆所有工况下的纵向行驶行为进行控制;三、不考虑坡度对车速控制的影响。
【发明内容】
[0006]本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提出一种无人驾驶车辆纵向速度的控制方法，以期能在保证跟踪精度的同时，使无人驾驶车辆纵向速度的控制更加平滑、舒适，控制过程更加符合人类的驾驶习惯。
[0007]本发明为解决技术问题，采用如下技术方案:
[0008]本发明一种基于运动模式判断的无人车辆纵向控制方法，是应用于装配有自动驾驶仪、GPS/INS定位系统和工控机的无人驾驶车辆上，其特点是，所述无人车纵向控制方法是按如下步骤进行:
[0009]步骤1、定义变量i，初始化i= 1;当i<l时，令i = l;
[0010]步骤2、设置第i个周期1\下所述无人驾驶车辆的油门控制量为thn、制动控制量为bra1、运动模式状态值为sta1、PID调节算法比例控制输出量为UP1、PID调节算法车速反馈误差量为Em、PID调节算法积分控制输出量为UI1、PID调节算法微分控制输出量为UD1、PID调节算法总控制输出量为Pout1、低速制动标志位为Iabi；并有staie {so,si,S2,S3,S4,S5} ,so表示复位模式;SI表示起步模式;S2表示制动模式;S3表示低速模式;S4表示加速模式;S5表示调节模式；
[0011 ]定义低速模式切换阈值为vl、低速模式制动切换阀值为vds、调节模式出口阀值以及加速模式入口阀值为va，调节模式入口阀值为vs，并有va>vs、起步模式出口阈值为vc、调节模式防止超调阀值为vf，PID调节算法比例项系数KP，PID调节算法积分项系数KI，PID调节算法微分项系数KD;
[0012]定义有效行驶速度阈值为vq、坡度阈值为pit、起步模式油门控制量初始值为ω、油门最大控制量为thrmax、起步模式油门控制量补偿增量为coup、起步模式下的时间阈值为tmax、加速模式油门控制量补偿增量为coa。、制动模式加速度限值为amin、加速模式加速度限值为amax、制动模式下坡工况制动控制补偿增量为扮?、制动模式非下坡工况制动控制补偿增量为、制动模式最大控制量为bramax，低速模式制动控制量为^;
[0013]初始化thr1、bra1、sta1、Lup1、UP1、Err1、UI1、UD1、Pouti 各为一个定值，初始化 Iabi=0；
[0014]步骤3、从所述GPS/INS定位系统获取第i个周期Ti下所述无人驾驶车辆的车速V1、加速度ai和坡度p1;从所述工控机获取第i个周期T1下所述无人驾驶车辆的期望车速vcU、第1-Ι个周期T1-!下所述无人驾驶车辆的油门控制量为thri—!、制动控制量为brai—!、运动模式状态值为sta1-1、比例控制输出量为Lup1-1和低速制动标志位lab1-1 ；
[0015]步骤4、判断第i个周期1\下所述无人驾驶车辆是否对运动模式状态值Sta1进行切换:
[00? 6] 步骤4.1、判断stai—ι = so是否成立，若成立，则执行步骤5;否则，执行步骤4.2 ；
[0017]步骤4.2、判断sta1-1 = Si是否成立，若成立，则执行步骤4.3;否则，执行步骤4.4;[00? 8] 步骤4.3、判断vdi >vl且Vi >vc是否成立，若成立，则令stai = so;否贝Ij，保持运动模式状态值stai为起步状态Si ；并执行步骤5 ；
[0019]步骤4.4、判断sta1-1 = S2是否成立，若成立，则执行步骤4.5;否则，执行步骤4.7;
[0020]步骤4.5、判断vdi>vl且0<vdi_vi<vs是否成立，若成立，贝Ij令stai = s5;并执行步骤5;否则，执行步骤4.6;
[0021]步骤4.6、判断vdi < vl且vi<vdi是否成立，若成立，贝Ij令stai = s3;否则，保持运动模式状态值stai为制动状态S2，并执行步骤5 ；
[0022]步骤4.7、判断sta1-1 = S3是否成立，若成立，则执行步骤4.8;否则，执行步骤4.9 ；
[0023]步骤4.8、判断vdi>vl是否成立，若成立，则令stai = so ；否则，保持运动模式状态值stai为低速状态S3，并执行步骤5 ；
[0024]步骤4.9、判断sta1-1 = S4是否成立，若成立，则执行步骤4.10 ;否则，执行步骤4.12；
[0025]步骤4.10、判断vdi >vl且O < vd1-vi < vs是否成立，若成立，则令stai = S5，并执行步骤5;否则，执行步骤4.11;
[0026]步骤4.11、判断vdi < vl或者Vi < vq是否成立，若成立，贝Ij令stai = SQ;否则，保持运动模式状态值Stai为加速状态S4，并执行步骤5 ；
[0027]步骤4.12、判断vdi >vl且vd1-vi >va是否成立，若成立，则令stai = SQ;否则，执行步骤4.13;
[0028]步骤4.13、判断vdi < vl或者Vi < vq是否成立，若成立，贝Ij令stai = SQ;否则，执行步骤4.14;
[0029]步骤4.14、保持行驶状态值Sta1为调节状态S5，并执行步骤5;
[0030]步骤5、确定第i个周期Ti下的运动模式状态值sta1:
[0031 ] 步骤5.1、判断stai = so是否成立，若成立，则执行步骤5.2;否则，执行步骤6 ；
[0032]步骤5.2、判断ViCvq且vd>vl是否成立，若成立，贝Ij令stai = Si，并执行步骤6;否贝IJ，执行步骤5.3;
[0033]步骤5.3、判断Vi>vd且vd>vl是否成立，若成立，贝Ij令stai = S2，并执行步骤6;否贝IJ，执行步骤5.4;
[0034]步骤5.4、判断vd< vl是否成立，若成立，则令stai = s3，并执行步骤6;否则，执行步骤5.5;
[0035]步骤5.5、判断vd-vi > va且vd > vl是否成立，若成立，则令stai = S4，并执行步骤6 ；否则，执行步骤5.6;
[0036]步骤5.6、令stai = S5，并执行步骤6 ；
[0037]步骤6、根据第i个周期T1下的运动模式状态值StaJA行相应的控制程序；
[0038]步骤6.1、判断Stai = SI是否成立，若成立，贝Ij有brai = 0，并执行步骤6.1.1;否则，执行步骤6.2 ；
[0039]步骤6.1.1、在第i个周期Ti下开始计时，获得起步用时t-upi;当t-upi<tmax时令thri = ω并执行步骤7 ；当t_upi>tmax时，执行步骤6.1.2；
[0040]步骤6.1.2、判断vi>vq是否成立，若成立，则维持油门控制量thri为ω ;否则，将thri—ι+ ω up赋值给thri，并执行步骤6.1.3；
[0041 ] 步骤6.1.3、判断thri > thrmax是否成立，若成立，则将thrmax赋值给thri并执行步骤7;否则直接执行步骤7;
[0042]步骤6.2、判断stai = S2是否成立，若成立，则执行步骤6.2.1;否则，执行步骤6.3 ；
[0043]步骤6.2.1、令thri = a;
[0044]步骤6.2.2、判断Pl<-Pit是否成立，若成立，则执行步骤6.2.3，否则，执行步骤6.2.4；
[0045]步骤6.2.3、判断ai > amin是否成立，若不成立，则将bra1-ι+βι?赋值给brai，执行步骤6.2.5;否则，维持brai为brai—!，并执行步骤6.2.5；
[0046]步骤6.2.4、判断ai > amin是否成立，若不成立，则将brai—i+0gr。赋值给brai;否则，维持 brai 为brai—ι ；
[0047]步骤6.2.5、判断brai > bramax是否成立，若成立，则将bramax赋值给brai，并执行