[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

说明书

本发明公开了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，属于无人驾驶汽车横向控制领域，无人驾驶汽车自主转向控制系统包括环境感知模块、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。本发明还提供一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制方法，通过引入混杂控制理论，将复杂工况下转向系统的控制问题转化为多模式控制以及控制算法之间的切换协调问题加以解决，实现了无人驾驶汽车自主转向控制系统全工况下的控制，在各个工况引入合适的控制算法，既能满足系统局部控制性能，又能达到整体优化的目的，实现最佳的无人驾驶汽车转向控制性能，提高无人驾驶车辆的操纵稳定性和智能化水平。

技术领域

本发明涉及一种无人驾驶汽车横向控制领域，尤其涉及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。

背景技术

以动力电气化、结构轻量化、行驶智能化三大科技为核心的汽车技术大变革正在全球范围内深入展开。2015年国务院正式发布《中国制造2025》，将“节能和新能源汽车”列于十大重点突破发展领域之一，总体上指明了节能汽车、新能源汽车和智能网联汽车技术的发展方向和路径，这是智能网联汽车首次被提升到国家战略的层面。工信部进一步明确：到2020年，要掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术，初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系；到2025年，要掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术，建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群。

无人驾驶汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X(人、车、路、后台等)智能信息交换共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。

面向无人驾驶的终极目标，要求智能汽车横向控制系统在多工况条件下，具有精确、高效、可靠的控制能力，保证车辆转向稳定性、行驶安全以及乘坐舒适，传统的单一的转向控制算法不能解决和协调自主转向控制系统在不同工况下的控制需求和控制功能。

从无人驾驶汽车控制的安全性、稳定性角度来看，不同工况应具有不同的控制目标和侧重点，而使得整体综合性能达到最优，无人驾驶汽车自主转向控制本质上具有离散事件和连续动态并存以及离散事件与连续动态行为相互影响的特征，表现出典型切换控制的混杂系统特征。混杂控制系统理论有优于传统方法的良好性能，可以获得比单独采用连续动态或离散事件动态系统更好的效果，解决传统控制器无法解决的复杂问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供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，引入混杂控制系统理论对转向控制系统混杂特性进行分析，实现无人驾驶汽车转向控制系统的混杂控制，能够提高无人驾驶汽车转向控制系统的控制能力和满足自动驾驶多工况行驶稳定性需求。

一种基于混杂理论的无人驾驶汽车自主转向控制系统，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、雷达和定位系统等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；车辆自身状态信息模块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。

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，混杂控制器属于上位控制单元，执行电机属于下位控制单元；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；上位控制用于输出每个时刻的前轮转角和横摆角速度值，上位控制的输出值作为控制量传给下位控制，下位控制通过控制执行电机来实现车辆每个时刻的转角和横摆角速度；