基于场的扭矩转向控制制造技术

本发明专利技术是基于场的扭矩转向控制。一种系统，包括计算机，该计算机被编程为沿着车辆将要行驶的路径确定代表用于车辆的行驶通道的势场。该计算机被进一步编程为识别当前时间该车辆相对于势场的位置，以及将扭矩施加到该车辆的转向柱上。扭矩至少部分地基于位置。势场包括引导车辆保持在通道中的引力势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及扭矩转向控制领域，并且尤其涉及一种基于场的扭矩转向控制装置及方法。
技术介绍
自主车辆可以通过调节车辆的转向角被转向以遵循路径的中心线。这与典型的人类驾驶行为不同，其将行驶操纵过程中施加在转向柱上的自对准扭矩考虑在内，以及还典型地为与中心线的更多偏差留出余地。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种包含具有处理器和存储器的计算机的系统，存储器存储所述处理器可执行的指令以使计算机被编程为：沿着车辆将要行驶的标准路径确定代表用于车辆的行驶通道的势场；识别在当前时间车辆相对于势场的第一位置；以及至少部分地基于第一位置将扭矩施加到车辆的转向柱上；其中势场包括引导车辆保持在通道中的引力势。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被编程为随着第一位置到标准路径的第一距离的增加而增加引力势。根据本专利技术的一个实施例，其中引力势和第一距离之间的第一关系为二阶的。根据本专利技术的一个实施例，其中引力势被限定为使得标准路径沿着行驶方向处于势场的近似中心。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程为：识别相对于势场的第二位置，第二位置表示车辆在当前时间后的第一预定时间段的计划的未来位置，其中至少部分地基于第二位置来确定施加到车辆的转向柱上的扭矩。根据本专利技术的一个实施例，其中施加的扭矩至少部分地基于车辆行驶的第一方向以及车辆的第一速度被确定，以及计算机进一步被编程为将第二位置计算为等于第一位置加第一位移，该第一位移等于沿着行驶的第一方向的第一速度与第一预定时间段的乘积。根据本专利技术的一个实施例，其中势场进一步包括推斥势，推斥势引导车辆远离在标准路径的预定距离内的物体。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程为：基于车辆与物体的第二距离来计算推斥势。根据本专利技术的一个实施例，其中推斥势随着第二距离的减小而增加。根据本专利技术的一个实施例，其中势场为引力势场与推斥势场的和。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程为：计算负梯度以及部分地基于负梯度确定扭矩；其中U(x)为在二维平面上的位置x上的势场。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程为：确定扭矩其中：F(xt+L)为在计划的未来位置xt+L上的势场的负梯度；t为当前时间；L为预定时间段；Kp为比例增益；以及Kd为微分增益。根据本专利技术，还提供一种方法，包含：沿着车辆将要行驶的标准路径确定代表用于车辆的行驶通道的势场；识别当前时间车辆相对于势场的第一位置；以及至少部分地基于第一位置向车辆的转向柱施加扭矩；其中势场包括引导车辆保持在通道中的引力势。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被编程为随着第一位置到标准路径的第一距离的增加而增加引力势。根据本专利技术的一个实施例，其中引力势和第一距离之间的第一关系为二阶的。根据本专利技术的一个实施例，其中引力势被限定为使得标准路径沿着行驶方向处于势场的近似中心。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程以：识别相对于引力势的第二位置，第二位置表示车辆在当前时间后的第一预定时间段之后的计划的未来位置，其中至少部分地基于第二位置来确定施加到车辆的转向柱上的扭矩。根据本专利技术的一个实施例，其中施加的扭矩至少部分地基于车辆行驶的第一方向以及车辆的第一速度被确定，以及计算机进一步被编程为将第二位置计算为等于第一位置加第一位移，该第一位移等于沿着行驶的第一方向的第一速度与第一预定时间段的乘积。根据本专利技术的一个实施例，其中势场进一步包括推斥势，该推斥势引导车辆远离在标准路径的预定距离内的物体。根据本专利技术的一个实施例，该方法进一步包含：基于车辆与物体的第二距离来计算推斥势。根据本专利技术的一个实施例，其中推斥势随着第二距离的减小而增加。根据本专利技术的一个实施例，其中势场为引力势场与推斥势场的和。根据本专利技术的一个实施例，该方法进一步包含：计算负梯度以及部分地基于负梯度来确定扭矩；其中U(x)为在二维平面上的位置x上的势场。根据本专利技术的一个实施例，其中计算机被进一步编程以：确定扭矩其中：F(xt+L)为在预计的未来位置xt+L上的势场的负梯度；t为当前时间；L为预定时间段；Kp为比例增益；以及Kd为微分增益。附图说明图1是包括基于势场的扭矩转向控制的示例车辆的示意图；图2为包括势场的表示的道路上的图1的示例车辆的示意图；图3为用于基于场的扭矩转向系统的示例反馈控制的示意图；图4为用于基于场的扭矩转向系统的示例流程的示意图；图5为用于测试示例的基于场的扭矩转向系统的测试轨迹的示意图；图6A为表示在示例的基于场的扭矩转向系统的第一部分测试过程中车辆轨迹的图；图6B为表示在图6A所示的示例的基于场的扭矩转向系统的第二部分测试过程中车辆轨迹的图；图6C为表示在图6A和6B所示的示例的基于场的扭矩转向系统的第三部分测试过程中车辆轨迹的图；图6D为表示在图6A、6B和6C所示的示例的基于场的扭矩转向系统的第四部分测试过程中车辆轨迹的图；图6E为表示在对应于图6A的车辆轨迹的第一部分测试过程中势场梯度和施加的扭矩的图；图6F为表示在对应于图6B的车辆轨迹的第二部分测试过程中势场梯度和施加的扭矩的图；图6G为表示在对应于图6C的车辆轨迹的第三部分测试过程中势场梯度和施加的扭矩的图；图6H为表示在对应于图6D的车辆轨迹的第四部分测试过程中势场梯度和施加的扭矩的图；图7A为表示在方向盘转角(SWA)转向系统的第一部分测试过程中车辆轨迹的图；图7B为表示在图7A中所示的方向盘转角(SWA)转向系统的第二部分测试过程中车辆轨迹的图；图7C为表示在图7A和图7B中所示的方向盘转角(SWA)转向系统的第三部分测试过程中车辆轨迹的图；图7D为表示在对应于图7A的车辆轨迹的方向盘转角(SWA)转向系统的第一部分测试过程中施加的扭矩的图；图7E为表示在对应于图7B的车辆轨迹的方向盘转角(SWA)转向系统的第二部分测试过程中施加的扭矩的图；图7F为表示在对应于图7C的车辆轨迹的方向盘转角(SWA)转向系统的第三部分测试过程中施加的扭矩的图；图8A为表示基于场的扭矩转向系统的跟踪性能的图；图8B为表示SWA转向系统的跟踪性能的图；图9为表示基于场的扭矩转向系统和SWA转向系统的总功(以焦耳计)的图表；图10为具有基于场的转向控制的示例车辆中道路上的示意图，该基于场的转向控制包括沿着标准路径的第一势场以及与障碍物相关的第二势场。具体实施方式综述使用势场和扭矩转向控制操纵自主车辆允许车辆在限定的通道(corridor)中偏离标准路径，并更近似于人类的驾驶。基于场的扭矩转向系统限定了势场，其代表了沿着车辆将要行驶的标准路径的车辆的驾驶通道。系统识别当前时间相对于势场的车辆位姿。“车辆位姿”(poseofthevehicle)至少包括在特定时间上的车辆的位置，以及可以进一步包括与车辆相关的附加信息——诸如在特定时间上车辆的行驶方向、车辆的速度、车辆的加速度等。系统基于相对于势场的车辆位姿确定被施加到车辆转向柱上的扭矩。势场包括引导车辆保持在通道之中的引力势。通过测试结果示出，这样的基于场的扭矩转向系统可以引发与方向盘转角(SWA)转向系统的跟踪相似的跟踪，该方向盘转角转向系统现在已经被开发用于自主车辆，同时基于场的扭矩转向系统还使用了更少的功(以焦耳计量)来操纵车辆。这将使在驾驶体验上具有与由人驾驶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有处理器和存储器的计算机的系统，所述存储器存储所述处理器可执行的指令以使所述计算机被编程为：沿着车辆将要行驶的标准路径确定代表用于所述车辆的行驶通道的势场；识别在当前时间所述车辆相对于所述势场的第一位置；以及至少部分地基于所述第一位置将扭矩施加到所述车辆的转向柱上；其中所述势场包括引导所述车辆保持在所述通道中的引力势。

【技术特征摘要】
2015.07.31 US 14/814,8561.一种包含具有处理器和存储器的计算机的系统，所述存储器存储所述处理器可执行的指令以使所述计算机被编程为：沿着车辆将要行驶的标准路径确定代表用于所述车辆的行驶通道的势场；识别在当前时间所述车辆相对于所述势场的第一位置；以及至少部分地基于所述第一位置将扭矩施加到所述车辆的转向柱上；其中所述势场包括引导所述车辆保持在所述通道中的引力势。2.如权利要求1所述的系统，其中所述计算机被编程为随着所述第一位置到所述标准路径的第一距离的增加而增加所述引力势。3.如权利要求2所述的系统，其中所述引力势和所述第一距离之间的第一关系为二阶的。4.如权利要求1所述的系统，其中所述引力势被限定为使得所述标准路径沿着行驶方向处于所述势场的近似中心。5.如权利要求1所述的系统，其中所述计算机被进一步编程为：识别相对于所述势场的第二位置，所述第二位置表示所述车辆在所述当前时间后的第一预定时间段的计划的未来位置，其中至少部分地基于所述第二位置来确定施加到所述车辆的所述转向柱上的所述扭矩。6.如权利要求5所述的系统，其中所述施加的扭矩至少部分地基于所述车辆行驶的第一方向以及所述车辆的第一速度被确定，以及所述计算机进一步被编程为将所述第二位置计算为等于所述第一位置加第一位移，所述第一位移等于沿着行驶的所述第一方向的所述第一速度与所述第一预定时间段的乘积。7.如权利要求1所述的系统，其中所述势场进一步包括推斥势，所述推斥势引导所述车辆远离在所述标准路径的预定距离内的物体。8.如权利要求7所述的系统，其中所述计算机被进一步编程为：基于所述车辆与所述物体的第二距离来计算所述推斥势。9.如权利要求8所述的系统，其中所述推斥势随着所述第二距离的减小而增加。10.如权利要求7所述的系统，其中所述势场为所述引力势场与所述推斥势场的和。11.如权利要求1所述的系统，其中所述计算机被进一步编程为：计算负梯度以及部分地基于所述负梯度来确定扭矩；其中U(x)为在二维平面上的位置x上的势场。12.如权利要求11所述的系统，其中所述计算机被进一步编程为：确定所述扭矩其中：F(xt+L)为在计划...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德温·奥尔森，恩里克·加尔塞兰，赖安·M·尤斯蒂斯，詹姆斯·罗伯特·麦克布赖德，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US