本發(fā)明總體上涉及自動機器的路徑跟蹤的自動化。本發(fā)明在機動車輛駕駛員輔助領(lǐng)域具有特別有利的應(yīng)用，但它也可以應(yīng)用于航空或機器人領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于自主控制自動機器的執(zhí)行器的方法，所述執(zhí)行器適于影響所述自動機器的路徑和速度，所述方法包括以下步驟：-獲取所述自動機器應(yīng)當(dāng)遵循的參考路徑，-確定使自動機器能夠遵循參考路徑的至少一個參數(shù)的標稱值，-確定所述自動機器遵循參考路徑時每個參數(shù)的當(dāng)前值，-確定每個參數(shù)的當(dāng)前值和標稱值之間的值偏差，然后-根據(jù)每個值偏差，用計算機計算每個執(zhí)行器的控制設(shè)定點，為此使用數(shù)學(xué)對象(下文中稱為“校正器”)。本發(fā)明還涉及一種配備有適合實施該方法的計算機的機器。本發(fā)明還涉及一種用于合成此類校正器的方法。本發(fā)明更具體地但不排他地應(yīng)用于機動車輛遵循避障路徑。

背景技術(shù)：

1、為了保障機動車輛的安全，目前機動車輛都配備了駕駛員輔助系統(tǒng)或自動駕駛系統(tǒng)。

2、在這些系統(tǒng)中，特別是已知自動緊急制動系統(tǒng)(更廣為人知的縮寫為aeb，代表英文“automatic?emergency?braking”)，其設(shè)計成通過簡單地作用于機動車輛的傳統(tǒng)制動系統(tǒng)來避免與車輛所行駛車道上的障礙物發(fā)生任何碰撞。

3、盡管如此，在某些情況下，這些緊急制動系統(tǒng)無法避免碰撞或無法使用(例如，當(dāng)有車輛緊跟該機動車輛時)。

4、針對這些情況，已經(jīng)開發(fā)了自動避讓系統(tǒng)(更廣為人知的縮寫為aes，代表英文“advanced?evasive?steering(高級避讓轉(zhuǎn)向)”或“automatic?emergency?steering(自動緊急轉(zhuǎn)向)”)，該系統(tǒng)允許通過改變車輛行駛方向或通過作用于車輛的差速制動系統(tǒng)從而使車輛偏離其路徑來避開障礙物。應(yīng)當(dāng)注意的是，障礙物可能與車輛位于同一車道或相鄰車道上，在這種情況下，系統(tǒng)會檢測到該障礙物可能在短時間內(nèi)出現(xiàn)在車輛的行駛路線上。

5、盡管如此，aes系統(tǒng)在可控性方面對車輛施加了限制路徑，并且不一定能讓駕駛者安全地重新控制車輛的駕駛。

6、事實上，問題在于所謂的“高動態(tài)”避讓操控，即車輛所經(jīng)歷的加速度超過閾值(例如0.3g)，可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定性以及路徑跟蹤缺陷，因此很難控制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供了一種解決方案，其允許耦合車輛的橫向和縱向控制，以確保在高動態(tài)操控期間，特別是在避障操控期間對車輛進行準確和穩(wěn)定的控制。

2、更具體而言，本發(fā)明提供了如引言中定義的控制方法，其中校正器用于聯(lián)合計算自動機器的專用/專有橫向控制設(shè)定點和自動機器的專用縱向控制設(shè)定點。

3、如果所考慮的機器是機動車輛，則專用橫向控制設(shè)定點將是用于車輛轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向設(shè)定點，而專用縱向控制設(shè)定點將是用于車輛車輪的傳統(tǒng)制動設(shè)定點(因此，我們不討論允許同時對車輛進行制動和轉(zhuǎn)向的差動制動)。

4、因此，本發(fā)明不僅允許借助于單個校正器控制機器(在本例中為車輛)相對于其應(yīng)遵循的路徑的橫向動態(tài)，而且還允許控制縱向動態(tài)。

5、換句話說，當(dāng)在機動車輛上實施該方法以避開障礙物時，可以經(jīng)由兩個聯(lián)合控制的執(zhí)行器來控制車輛的轉(zhuǎn)向和制動(或加速)。

6、此解決方案可以保證更好地跟蹤避障路徑并提高車輛的穩(wěn)定性。

7、實際上，對于不同速度下的大量參考路徑，該校正器能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)對車輛動態(tài)建模的穩(wěn)定性和性能。因此，得益于本發(fā)明，一旦正確校準，就不需要為每條路徑計算和開發(fā)校正器，該校正器適用于相當(dāng)廣泛的用途。

8、在這方面，該校正器是離線預(yù)先計算的(在車輛設(shè)計期間)，然后嵌入到車輛上，這樣只需要在車輛上執(zhí)行簡單的計算就可以找到所需的控制設(shè)定點。

9、因此，本發(fā)明很容易實現(xiàn)。

10、優(yōu)選地，所述自動機器為車輛，該車輛包括適于沿可變方向轉(zhuǎn)向的至少一個車輪、車輛的至少一個動力轉(zhuǎn)向執(zhí)行器、至少一個制動執(zhí)行器和至少一個推進執(zhí)行器，橫向控制設(shè)定點被傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€動力轉(zhuǎn)向執(zhí)行器以使所述至少一個車輪轉(zhuǎn)向，并且縱向控制設(shè)定點被傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€制動執(zhí)行器和/或所述至少一個推進執(zhí)行器以使車輛制動或加速。

11、本發(fā)明還涉及一種開發(fā)用于如前文所述的控制方法中的校正器的方法，其中該方法用于：

12、-以非線性形式對自動機器進行建模，

13、-以線性參數(shù)變化形式將所述模型線性化，

14、-合成確保參考路徑跟蹤的校正器，并且

15、其中，校正器是通過考慮由變量參數(shù)的不同值定義的有限數(shù)量的點來合成的。

16、根據(jù)本發(fā)明，該方法的其它有利且非限制性特征(單獨考慮或根據(jù)任何技術(shù)上可行的組合考慮)如下：

17、-提供以下步驟：

18、s1-獲取由多個點組成的驗證網(wǎng)格，

19、s2-創(chuàng)建點的第一網(wǎng)格，該第一網(wǎng)格的密度小于所述驗證網(wǎng)格(該第一網(wǎng)格的點沒有/不如驗證網(wǎng)格密集)，

20、s3-利用第一網(wǎng)格合成第一校正器，

21、s4-判斷第一校正器是否在整個驗證網(wǎng)格上都有效，然后：

22、¤如果第一校正器在整個驗證網(wǎng)格上都有效，則認為該校正器等于第一校正器，

23、¤否則，生成比第一網(wǎng)格更密集的另一個網(wǎng)格，然后使用該另一個網(wǎng)格重復(fù)步驟s3和s4。

24、-對于大多數(shù)變量參數(shù)，第一網(wǎng)格僅包括這些變量參數(shù)變化的最大和最小限值，所述限值是針對兩個極端參考路徑確定的。

25、-自動機器的非線性形式的建模是從施加至自動機器的力的平衡公式推導(dǎo)出來的。

26、-施加至自動機器的力包括地面施加到自動機器的車輪上的法向反作用力以及縱向和橫向摩擦力，為了以線性參數(shù)變化形式將所述模型線性化，使用應(yīng)用于法向反作用力以及縱向和橫向摩擦力的閾值函數(shù)。

27、-該模型考慮了執(zhí)行器的控制輸入，為了以線性參數(shù)變化形式將所述模型線性化，使用應(yīng)用于控制輸入的飽和函數(shù)。

28、-變量參數(shù)包括自動機器的縱向加速度、縱向速度、橫向速度、橫擺率、航向角和轉(zhuǎn)向角。

29、-校正器包括“抗飽和(anti-windup)”功能。

30、-調(diào)節(jié)器是根據(jù)線性矩陣不等式約束下的凸優(yōu)化標準合成的，其中至少一項約束包括：

31、¤使施加至自動機器的擾動與自動機器的位置和/或橫擺誤差之間的關(guān)系在h∞方向上的表現(xiàn)/特性最小化，

32、¤使施加至自動機器的擾動與自動機器的控制信號之間的關(guān)系在h2廣義方向上的表現(xiàn)最小化，

33、¤考慮執(zhí)行器的幅度飽和。

34、本發(fā)明還涉及一種自動機器，其包括至少一個適于影響所述機器的路徑的執(zhí)行器、至少一個適于影響所述機器的速度的執(zhí)行器、以及用于控制所述執(zhí)行器的計算機，所述計算機被編程為實施如前文所述的方法。

35、當(dāng)然，本發(fā)明的不同特征、變型和實施例可以根據(jù)各種組合而相關(guān)聯(lián)，只要它們彼此不矛盾或不排斥。

技術(shù)特征：

1.一種用于自主控制自動機器(10)的執(zhí)行器的方法，所述執(zhí)行器被配置用于影響所述自動機器(10)的路徑和速度，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，所述自動機器(10)是車輛，所述車輛包括配置用于沿可變方向轉(zhuǎn)向的至少一個車輪(11，12)、所述車輛的至少一個動力轉(zhuǎn)向執(zhí)行器、至少一個制動執(zhí)行器和至少一個推進執(zhí)行器，所述橫向控制設(shè)定點被傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€動力轉(zhuǎn)向執(zhí)行器以使所述至少一個車輪轉(zhuǎn)向，并且所述縱向控制設(shè)定點被傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€制動執(zhí)行器和/或所述至少一個推進執(zhí)行器以使所述車輛制動或加速。

3.一種開發(fā)校正器(k)的方法，所述校正器(k)用于根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的控制方法，其中該方法用于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開發(fā)方法，其中，提供以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開發(fā)方法，其中，對于大多數(shù)變量參數(shù)，所述第一網(wǎng)格僅包括這些變量參數(shù)變化的最大和最小限值，所述限值是針對兩個極端參考路徑確定的。

6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的開發(fā)方法，其中，所述自動機器(10)的非線性形式的建模是從施加至所述自動機器(10)的力的平衡公式得出的。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開發(fā)方法，其中，施加至所述自動機器(10)的力包括地面施加在所述自動機器(10)的車輪上的法向反作用力以及縱向和橫向摩擦力，為了以線性參數(shù)變化形式將所述模型線性化，使用應(yīng)用于法向反作用力以及縱向和橫向摩擦力的閾值函數(shù)(φ)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6和7中任一項所述的開發(fā)方法，其中，所述模型考慮了所述執(zhí)行器的控制輸入，為了以線性參數(shù)變化形式將所述模型線性化，使用應(yīng)用于所述控制輸入的飽和函數(shù)(σ)。

9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項所述的開發(fā)方法，其中，所述變量參數(shù)包括所述自動機器(10)的縱向加速度縱向速度(v)、橫向速度(u)、橫擺率(r)、航向角(ψ)和轉(zhuǎn)向角(δf)。

10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項所述的開發(fā)方法，其中，所述校正器(k)包括“抗飽和”。

11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項所述的開發(fā)方法，其中，所述調(diào)節(jié)器是根據(jù)線性矩陣不等式(lmi)約束下的凸優(yōu)化標準合成的，其中至少一項約束包括：

12.一種自動機器(10)，包括至少一個配置用于影響所述機器(10)的路徑的執(zhí)行器、至少一個配置用于影響所述機器(10)的速度的執(zhí)行器以及用于控制所述執(zhí)行器的計算機(13)，其特征在于，所述計算機(13)被編程為實施根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于自主控制自動機器(10)的執(zhí)行器的方法，所述執(zhí)行器適于影響所述自動機器的路徑和速度，所述方法包括以下步驟：?獲取所述自動機器應(yīng)當(dāng)遵循的參考路徑，?確定允許所述自動機器遵循所述參考路徑的至少一個參數(shù)的標稱值，?確定所述自動機器遵循參考路徑時每個所述參數(shù)的當(dāng)前值，?確定所述參數(shù)中的每一個的當(dāng)前值和標稱值之間的值差，然后?根據(jù)每個值差，利用計算機借助于校正器計算每個執(zhí)行器的控制設(shè)定點。根據(jù)本發(fā)明，校正器允許聯(lián)合計算專用橫向自動機器控制設(shè)定點和專用縱向自動機器控制設(shè)定點。

技術(shù)研發(fā)人員：J·戴維斯,E·戈多伊,P·克維斯卡,D·彭科,G·沃爾莫比達
受保護的技術(shù)使用者：安培股份公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2