基于具有可配置带宽的级联控制器的车辆控制的制作方法

本公开涉及适于自主或半自主重型车辆的路径规划和车辆运动管理，即，运动支持装置(诸如行车制动器、推进装置和动力转向装置)的协调控制。尽管本发明不限于特定类型的车辆，但是其可有利地应用于自主操作的重型车辆(诸如卡车、公共汽车)以及施工机械中。

背景技术：

1、车辆在机械、气动、液压、电子和软件方面变得越来越复杂。现代重型车辆可包括各种不同的可控致动器，诸如燃烧发动机、电机、摩擦制动器、再生制动器、减振器、空气波纹管和动力转向装置。这些物理装置通常被称为运动支持装置(msd)，并且它们通常由分布在车辆上的多个不同的控制单元来控制。

2、为了应对致动器的复杂性，通常使用分层控制架构，其中高级控制器向低级控制器发送命令，该低级控制器又将状态信息和致动器能力数据反馈给高级控制器。然而，让不同的控制器以高效可靠的方式协同工作通常面临挑战。例如，不同层处或者甚至同一层处的两个控制功能可能会开始彼此对抗，这当然是非期望的。

3、us2019361439a1涉及用于控制自主车辆的系统和方法。高级控制器选择感觉运动原始模块的特定组合，以针对特定的驾驶场景启用和执行。高级控制器决定使用哪些命令并向致动器发送指令。控制系统的所有层级都由高级控制器直接控制。

4、us10591914b2涉及用于自主车辆行为控制系统和方法。高级控制器向低级控制器生成控制各种致动器的控制信号。高级控制器发送指令以控制该控制系统的所有层级。

5、us9915950b2公开了一种自主车辆接口系统，该自主车辆接口系统设置有分布式系统节点以用于对低级传感器数据和/或高级系统数据进行独立数据处理。该自主车辆接口系统包括至少一条实时总线以用于系统节点之间的低级传感器数据和高级系统数据的数据通信。该系统还包括应用程序编程接口(api)，该api被配置为由系统节点访问在实时总线上发布并且可经由api访问的低级传感器数据和高级系统数据。

6、尽管迄今为止取得了一些进步，但是仍需要改进车辆控制系统，其中致动器控制在超过一个控制单元上执行，这些控制单元以高效可靠的方式协作来控制重型车辆。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供有助于以安全、高效且稳健的方式进行重型车辆的车辆运动管理的控制系统、控制单元、车辆和方法。

2、该目的至少部分地通过一种用于重型车辆的运动管理的控制系统来实现。该控制系统包括高级控制系统和低级控制系统，其中该高级控制系统被布置为获得该车辆的期望运动行为，并且将适于根据该车辆的期望运动行为控制至少一个运动支持装置(msd)的一个或多个控制信号传输到该低级控制系统。从该高级控制系统传输到该低级控制系统的一个或多个控制信号包括指示用于控制该至少一个msd的期望控制带宽的数据，诸如车辆对控制命令的期望响应能力的测量值。该低级控制系统被布置为接收该控制信号并且根据该期望控制带宽来控制该至少一个msd。

3、通过指示该高级控制系统与该低级控制系统之间共享的期望控制带宽的数据，该高级控制系统可根据当前驾驶场景和环境来调节车辆的响应能力。例如，如果控制命令是在没有时间约束的情况下且在正常驾驶条件下执行的变道命令，则该期望控制带宽可能相对较小，因为舒适性和能量效率等方面可能会被优先考虑。然而，如果控制命令替代地与紧急操纵有关，则期望控制带宽可能要大得多，即，最有可能需要响应更快的车辆，而舒适性和能量效率可能是次要考虑因素。

4、指示高级控制系统与低级控制系统之间共享的期望控制带宽的数据还允许控制级联控制器，否则这些级联控制器可能潜在地开始彼此干扰。通过根据控制堆栈中的高层的情况来控制低级控制算法的带宽，高级控制系统能够避免级联控制回路之间的干扰。配置的控制更新频率和相关联的控制回路带宽可例如通过分析(通过研究极点配置或类似方法)或迭代地确定，以在舒适性与车辆灵活性之间取得良好的权衡。

5、根据说明性示例，该高级控制系统具有预定数量的可用响应能力状态可供选择。该状态可例如包括用于在时间约束下可执行复杂操作的超级灵活状态，和与更慢的控制相关联的更舒适导向状态，并且可能还具有更高的能量效率。

6、根据一些方面，该高级控制系统对应于车辆运动管理(vmm)功能，并且该低级控制系统对应于msd控制单元。因此，车辆运动管理系统有利地获得了微调msd控制器(诸如电机控制器)如何对控制命令做出响应的能力。例如，诸如电机或行车制动器的扭矩生成装置可被置于灵活模式，在该灵活模式下，快速应用施加的扭矩的所请求变化，否则以节能操作模式操作，其目标可能是为了减少部件磨损或以更高的能量效率操作。

7、根据一些其他方面，该高级控制系统对应于自主驾驶(ad)控制功能，并且该低级控制系统对应于先前示例的vmm功能。因此，通过相同的机制，ad控制器能够配置vmm功能的响应能力。因此，如果车辆处于优先考虑舒适性和能量效率的正常驾驶模式，则可相应地配置期望控制带宽。然而，如果车辆遇到非期望情况，诸如紧急情况，则可将vmm功能配置为灵活操作模式，在该灵活操作模式下，车辆的响应速度快得多，但是对乘客来说可能不太舒适。高级控制系统还可使用该功能性来微调级联控制系统中的控制带宽，诸如以避免不同控制回路之间的干扰。高级控制系统可使用一组预定的期望控制带宽，或者迭代地调整控制带宽以从车辆获得目标行为。

8、应当理解，该机制可应用于超过一个层级。因此，ad控制功能可传输指示期望控制带宽的第一数据以供vmm功能使用，并且vmm功能可传输指示期望控制带宽的第二数据以供致动器或msd层级使用。

9、根据各方面，该高级控制系统被布置为根据当前交通状况来确定用于控制该至少一个msd的期望控制带宽。这意味着，例如高级控制系统也至少间接地访问指示车辆周围的当前环境的感知数据。例如，附近是否有障碍物或者车辆周围环境是否没有障碍物且有很大的操纵空间。该数据可用于确定期望控制带宽，类似于人类驾驶员将脚放在制动踏板上时注意力集中、或者更加放松。

10、根据各方面，该高级控制系统被布置为根据该至少一个msd的所需响应时间来确定用于控制该至少一个msd的期望控制带宽。例如，诸如如果在车辆需要在与车辆路径中的障碍物相撞之前完全停下来时触发紧急制动操作，则可能需要在最后期限之前完成操纵。该最后期限可用于确定车辆是否需要提高其响应能力以便满足最后期限，或者确定当前带宽配置是否足够。

11、根据各方面，该高级控制系统被布置为根据控制稳定性标准来确定用于控制该至少一个msd的期望控制带宽。同样，复杂操纵期间的高级车辆稳定性控制可能需要快速响应的车辆。因此，操纵的类型和车辆的状态可用于确定期望控制带宽。

12、根据各方面，该高级控制系统包括车辆模型，该车辆模型被配置为对该车辆对控制信号的响应进行建模，该控制信号包括用于控制至少一个msd的给定控制带宽，其中该高级控制系统被布置为响应于该车辆模型的输出与该车辆的期望响应的比较来确定该期望控制带宽。这样，高级控制系统维护实际车辆的模型，该模型可用于评估当前设置是否适合驾驶情况，或者是否需要进行一些调整以便成功完成操纵。当然，这种模型评估可离线执行，或者至少为一组给定场景做准备，该评估然后可产生预定的期望控制带宽，该期望控制带宽可在需要时毫不延迟地传输到低级控制系统。根据示例，ad控制功能可包括：第一车辆模型，该第一车辆模型被配置为对该车辆对控制信号的响应进行建模，该控制信号包括用于控制至少一个msd的给定控制带宽；以及轨迹跟踪功能，该轨迹跟踪功能被配置为通过优化至少部分基于该第一车辆模型的输出的成本函数来跟踪期望车辆轨迹。

13、以这种方式，高级控制系统可维持车辆的模型，该模型由低级控制系统控制，该低级控制系统以控制带宽方面的给定参数化进行操作。该高级控制系统可通过执行该模型来评估当前行为是否符合预期。如果该模型行为与期望行为之间存在差异，则在给定当前参数化的情况下，车辆可能将无法在期望时间内完全停下来，高级控制系统可将更新的控制参数传输到低级控制系统，以便获得更接近期望车辆行为的车辆行为。

14、本文还公开了与上文讨论的优点相关联的控制单元、方法、计算机程序、计算机可读介质、计算机程序产品和车辆。

15、通常，除非本文另外明确定义，否则在权利要求中使用的所有术语应当根据其在本技术领域中的普通含义来解释。除非另外明确声明，否则所有提及的“一种/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”将被开放性地解释为是指该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。本文公开的任何方法的步骤不必按所公开的确切顺序执行，除非进行明确声明。当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。技术人员认识到，在不背离本发明的范围的情况下，可组合本发明的不同特征以创建下文描述的实施方案之外的实施方案。