[发明专利]一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，其特征在于，包括：环境感知模块、车辆自身状态信息模块、路径规划模块、决策控制模块、操纵执行模块；

所述的环境感知模块利用视觉、雷达和定位系统感知车辆行驶的外部环境信息；

所述的车辆自身状态信息模块利用惯性器件以及CAN总线获取车辆的运行状态信息并对行驶参数进行估计；

所述的路径规划模块根据环境感知模块传输的信息，基于车辆在地图系统中绝对位置以及车辆与周边障碍物、车道线的相对位置进行全局和局部路径规划，按照能量消耗最少或路径长度最短的评价标准，寻找一条无碰撞的车辆期望行驶路径；

所述的决策控制模块包括：上位控制单元和下位控制单元；上位控制单元用于输出每个时刻的前轮转角和横摆角速度值，上位控制单元的输出值作为控制量传给下位控制单元，下位控制单元实现车辆每个时刻的转角和横摆角速度；

所述的操纵执行模块，用于执行无人驾驶汽车自主转向；

所述上位控制单元包括混杂控制器；所述混杂控制器包括：转向控制器、切换监督器、切换控制器、稳定监督器；

所述转向控制器针对低速、中速、高速工况下分别设计符合控制目标的控制器，以满足车辆在不同工况下的控制要求；

所述切换监督器根据车辆车速的变化以及自主转向控制系统是否存在故障，驱动混杂控制器模块进行有效的模式切换，同时保证切换过程中系统的稳定性；

所述切换控制器根据切换监督器识别的无人驾驶汽车工作模式，选择转向控制器中合适的控制算法，来实现无人驾驶汽车在不同控制模式以及控制策略之间的切换协调；

所述稳定监督器用于实时监控各控制模式及其相应控制算法下的不稳定特征量，识别其不稳定趋势，强制限制其输出幅值，保证系统的全局有界稳定。

2.根据权利要求1所述的一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，其特征在于，所述下位控制单元包括执行电机；所述下位控制单元通过控制执行电机实现车辆每个时刻的转角和横摆角速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，其特征在于，所述混杂控制器模块包含四种模式，分别为低速模式m1、中速模式m2、高速模式m3、系统故障模式m4。

4.根据权利要求3所述的一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，其特征在于，所述低速模式m1、中速模式m2、高速模式m3属于有控制状态，所述系统故障模式m4属于无控制状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，其特征在于，所述车辆自身状态信息模块还能够利用汽车人机交互单元提示驾驶员控制系统是否存在故障。

6.一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，环境感知模块感知车辆行驶的外部环境信息，并将获得的信息发送给路径规划模块；

步骤2)，路径规划模块根据环境感知模块获得的信息，基于车辆在地图系统中绝对位置以及车辆与周边障碍物、车道线的相对位置进行全局和局部路径规划；

步骤3)，决策控制模块根据车辆自身信息模块获得的车辆的动力学状态和运行状态，将路径规划的结果转化为轨迹跟踪的执行指令，通过操纵执行模块实现车辆横向位置和航向角的控制，跟踪期望行驶路径；其中位置偏差和航向偏差作为上位控制中混杂控制器里的转向控制器的输入，切换监督器根据车辆车速以及自主转向控制系统是否存在故障确定当前工作模式，并保证各模式之间切换的稳定性，切换控制器在切换监督器识别的不同模式下选择转向控制器中最合适的控制算法，前轮转角和横摆角速度作为混杂控制器的最终的输出，下位控制将前轮转角和横摆角速度作为控制量，通过控制执行电机来实现车辆的前轮转角和横摆角速度；

步骤4)，操纵执行模块根据决策控制模块输出的执行电机的转动方向和输出扭矩，驱动操纵执行机构，执行无人驾驶汽车自主转向，从而使无人驾驶汽车跟踪期望轨迹。