一种车辆控制方法、系统及车辆与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种车辆控制方法、系统及车辆。


背景技术：

2.随着各级别自动驾驶技术应用日趋广泛，汽车底盘的控制技术也越来越受到重视，汽车底盘能否快速并准确地执行自动驾驶算法，直接关乎自动驾驶的体验。
3.现有自动驾驶算法大多遵循以下流程：首先通过感知系统感知道路状况，随后通过规划系统规划出最佳行驶轨迹，然后通过决策系统发送控制指令，对底盘进行横向控制及纵向控制，最后由底盘这个大执行器来执行算法。现有自动驾驶算法在低速域能够保持优良表现，但在高速域控制效果会大打折扣，例如在高速入弯的极端工况下，由于车辆有不足转向或过度转向的特性，会出现推头或甩尾的现象，导致实际轨迹与规划轨迹出现较大偏差，容易造成交通事故。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何提高车辆行驶的稳定性和安全性。
5.为解决上述问题，本发明提供一种车辆控制方法、系统及车辆。
6.第一方面，本发明提供一种车辆控制方法，包括：
7.获取车辆的当前横摆角速度；
8.根据所述当前横摆角速度与目标横摆角速度确定横摆角速度偏差值；
9.根据所述横摆角速度偏差值控制飞轮的工作状态，其中，所述飞轮安装在所述车辆的底盘上。
10.可选地，所述根据所述横摆角速度偏差值控制飞轮的工作状态包括：
11.当所述横摆角速度偏差值大于预设阈值时，控制所述飞轮加速转动；
12.当所述横摆角速度偏差值小于或等于所述预设阈值时，控制所述飞轮维持静止或匀速转动的工作状态。
13.可选地，所述控制所述飞轮加速转动包括：
14.通过pid控制算法确定驱动电机的输入电流，其中，所述驱动电机与所述飞轮驱动连接；
15.通过所述驱动电机驱动所述飞轮按照与所述输入电流对应的转动角加速度加速转动。
16.可选地，所述通过pid控制算法确定驱动电机的输入电流包括：
17.将所述横摆角速度偏差值输入pid控制器；
18.通过所述pid控制器的比例控制、积分控制和微分控制输出所述输入电流。
19.可选地，所述通过所述pid控制器的比例控制、积分控制和微分控制输出所述输入电流包括：
20.通过第一公式确定所述输入电流，所述第一公式包括：
[0021][0022]
其中，i表示所述输入电流，k
p
表示比例参数，ki表示积分参数，kd表示微分参数，e(t)表示t时刻的所述横摆角速度偏差值。
[0023]
可选地，所述获取车辆的当前横摆角速度包括：
[0024]
通过惯性测量元件测量所述当前横摆角速度。
[0025]
可选地，所述车辆控制方法还包括：
[0026]
当所述车辆的转向机构失效时，通过所述飞轮控制所述车辆的指向。
[0027]
第二方面，本发明提供一种车辆控制系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的车辆控制方法。
[0028]
第三方面，本发明提供一种车辆，包括设置在底盘上的飞轮以及如上所述的车辆控制系统。
[0029]
可选地，所述飞轮的转轴与所述底盘质心的铅垂线同轴设置。
[0030]
本发明的车辆控制方法、系统及车辆，通过在车辆底盘上设置飞轮，利用飞轮加速转动时提供的横摆力矩，可以消除转弯时的轨迹偏差，从而提高车辆行驶的稳定性和安全性。另外，在转向机构失效的情况下，还可以通过飞轮产生的横摆力矩来控制车辆的指向，使车辆可以按照规划出的算法紧急停靠在路边，避免车辆失控而导致的严重事故。通过对飞轮的合理控制可补偿底盘原有的转向特性，使得底盘更趋转向中性，更有利于自动驾驶路径规划控制。
附图说明
[0031]
图1为本发明实施例的车辆控制方法的示意图；
[0032]
图2为本发明实施例的飞轮安装示意图；
[0033]
图3为本发明实施例的pid控制器示意图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0035]
如图1所示，本发明实施例提供一种车辆控制方法，包括：
[0036]
获取车辆的当前横摆角速度。
[0037]
具体地，车辆上一般安装有imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)装置，可以通过复用现成已安装的imu装置，测量车辆的当前横摆角速度。
[0038]
根据所述当前横摆角速度与目标横摆角速度确定横摆角速度偏差值。
[0039]
具体地，在自动驾驶系统算法内集成有动力学参考模型，通过动力学参考模型可以计算车辆目标的横摆角速度，将目标横摆角速度与车辆的当前横摆角速度作差，从而确定横摆角速度偏差值。
[0040]
根据所述横摆角速度偏差值控制飞轮的工作状态，其中，所述飞轮安装在所述车
辆的底盘上。
[0041]
具体地，结合图2所示，飞轮安装在车辆的底盘上，具体地，飞轮呈盘形，可基本与底盘相互平行设置，且位于底盘质心附近，优选飞轮的转轴与底盘质心的铅垂线同轴设置。当车辆行驶在弯道时，若由于不足转向或过度转向，导致出现明显的推头或甩尾的现象，横摆角速度偏差值会突破预设阈值，因而横摆角速度偏差值能够直接反映当前车辆的行驶状态，根据横摆角速度偏差值控制飞轮的工作状态，当飞轮达到特定转动角加速度时，产生的横摆力矩可以消除轨迹偏差，从而提高车辆行驶的稳定性和安全性。
[0042]
可选地，所述根据所述横摆角速度偏差值控制飞轮的工作状态包括：
[0043]
当所述横摆角速度偏差值大于预设阈值时，控制所述飞轮加速转动。
[0044]
具体地，当车辆行驶在弯道时，若检测到横摆角速度偏差值大于预设阈值(可通过标定获得；例如0.01rad/s，正常情况下在弯道中快速行驶才会达到该阈值，车辆处于直线行驶时，车辆横摆角速度几乎为0)，则说明此时车辆出现明显的推头或甩尾行为，控制飞轮加速转动(正向或反向)提供消除偏差的横摆力矩。即通过飞轮补偿底盘原有的转向特性，使其更趋转向中性，让其作为自动驾驶的被控对象更加易于控制，能够更好地贴合自动驾驶算法规划出的最优路径。
[0045]
当所述横摆角速度偏差值小于或等于所述预设阈值时，控制所述飞轮维持静止或匀速转动的工作状态。
[0046]
具体地，当车辆行驶在弯道时，若检测到横摆角速度偏差值小于或等于预设阈值，则说明此时车辆未出现明显的推头或甩尾行为，控制飞轮静止或匀速转动，避免产生横摆力矩影响车身姿态。
[0047]
其中，匀速转动的飞轮具有陀螺效应，陀螺效应可增加车辆的稳定性。
[0048]
其中，在车辆横摆角速度过大时，也可以通过安装在车辆上的esp装置(electronic stability program，车身电子稳定系统)，制动轮胎来避免车辆失去稳定性。
[0049]
可选地，所述控制所述飞轮加速转动包括：
[0050]
通过pid控制算法确定驱动电机的输入电流，其中，所述驱动电机与所述飞轮驱动连接。
[0051]
具体地，结合图3所示，在目标横摆角速度与车辆的当前横摆角速度作差后，根据得到的横摆角速度偏差值，采用pid控制算法确定驱动电机的输入电流。
[0052]
通过所述驱动电机驱动所述飞轮按照与所述输入电流对应的转动角加速度加速转动。
[0053]
具体地，结合图3所示，在确定驱动电机的输入电流后，根据该输入电流，通过传动机构控制飞轮的转动角加速度，从而产生需要的横摆力矩，消除目标横摆角速度与车辆实际横摆角速度的偏差。
[0054]
其中，通过飞轮的加速转动会提供一个横摆力矩，该横摆力矩作用在整车上，会给整车提供一个横摆角速度，用于消除实际车辆与目标横摆角速度之间的偏差。其中飞轮产生的横摆力矩为m
z1
，由牛顿第三定律可知，相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等且方向相反，因此施加在车辆上的横摆力矩m
z2
＝-m
z1
。
[0055]
由横摆力矩公式可知：
[0056][0057]
故由飞轮正向或反向的加速转动产生的横摆力矩可以使得整车获得一个额外的横摆角速度：
[0058][0059]
用于消除实际车辆与目标横摆角速度之间的偏差。
[0060]
其中：m
z1
：飞轮加速转动产生的横摆力矩；
[0061]izz1
：飞轮转动惯量；
[0062]
：飞轮转动角加速度；
[0063]mz2
：施加在整车上的横摆力矩；
[0064]izz2
：整车的转动惯量；
[0065]
：整车在飞轮加速转动下产生的额外转动角加速度；
[0066]
其中，在闭环控制(反馈控制)中，惯性测量元件测量当前横摆角速度后，反馈至pid控制器的输入端，因而可以对飞轮的转动角加速度进行实时调节。
[0067]
可选地，所述通过pid控制算法确定驱动电机的输入电流包括：
[0068]
将所述横摆角速度偏差值输入pid控制器；
[0069]
通过所述pid控制器的比例控制、积分控制和微分控制输出所述输入电流。
[0070]
具体地，结合图3所示，pid控制器包括三个部分：比例环节、积分环节和微分环节，即p比例控制、i积分控制和d微分控制，通过比例控制、积分控制和微分控制输出输入电流i来控制驱动电机。
[0071]
可选地，所述通过所述pid控制器的比例控制、积分控制和微分控制输出所述输入电流包括：
[0072]
通过第一公式确定所述输入电流，所述第一公式包括：
[0073][0074]
其中，i表示所述输入电流，k
p
表示比例参数，ki表示积分参数，kd表示微分参数，e(t)表示t时刻的所述横摆角速度偏差值。
[0075]
具体地，结合图3所示，p控制器的数学表达式为：
[0076]
u(t)＝k
p
*e(t)；
[0077]
i控制器的数学表达式为：
[0078][0079]
d控制器的数学表达式为：
[0080]
[0081]
其中，u(t)表示对应控制器的输出。
[0082]
当三个环节都存在的时候，这种控制称为pid控制，因此pid控制器的数学表达式为：
[0083][0084]
其中，输入电流i即为pid控制器的输出。比例参数、积分参数和微分参数需要根据实车测试进行参数标定，以使车辆的实际横摆角速度与目标的横摆角速度的误差维持在一个较小的范围。
[0085]
可选地，所述获取车辆的当前横摆角速度包括：
[0086]
通过惯性测量元件测量所述当前横摆角速度。
[0087]
具体地，惯性测量元件通过复用现成已安装的imu装置，可以测量车辆的当前横摆角速度，不需要额外添加其它测量元件。
[0088]
可选地，所述车辆控制方法还包括：
[0089]
当所述车辆的转向机构失效时，通过所述飞轮控制所述车辆的指向。
[0090]
具体地，在转向机构失效的情况下，可以通过飞轮产生的横摆力矩来控制车辆的指向，使车辆可以按照规划出的算法紧急停靠在路边，避免车辆失控而导致的严重事故。
[0091]
其中，当车辆失去转向功能时，驾驶员仍可以通过紧急制动刹停车辆。
[0092]
本发明另一实施例提供一种车辆控制系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的车辆控制方法。
[0093]
本发明另一实施例提供一种车辆，包括设置在底盘上的飞轮以及如上所述的车辆控制系统。
[0094]
可选地，所述飞轮的转轴与所述底盘质心的铅垂线同轴设置。
[0095]
具体地，结合图2所示，飞轮的转轴与底盘质心的铅垂线同轴设置，从而确保了飞轮提供的横摆力矩能够按照设定方向施加在底盘上。
[0096]
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。