一种无人驾驶车辆转弯行驶时侧向力控制方法技术

本发明专利技术公开一种无人驾驶车辆弯道行驶时侧向力的控制方法，该方法包括通过行车控制电脑ECU命令车载传感器和三维激光雷达系统实时采集转弯控制参数；根据以上参数确定实际转弯所需侧向力；将所需侧向力输入AVCS控制系统进行转弯行为，并判断控制系统实际输出总侧向力是否满足需求：若不满足需求则减速转向行驶；若满足需求则在0.2s后重新采集转弯控制参数，判断是否需要继续转弯；需要继续转弯时判定当前侧向力是否满足需求，若满足需求则保持当前侧向力，不满足需求则重复上述侧向力控制过程，直至驶离弯道。本方法用于无人驾驶汽车转弯行为的自主控制，并能根据实际道路线形状况实时决策转弯行驶策略，确保无人驾驶车辆转弯过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶车辆转弯行驶时侧向力控制方法
本专利技术属于道路工程以及智能车辆工程领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆弯道行驶时的侧向力控制方法。
技术介绍
无人驾驶汽车及其对道路环境的感知技术等在未来交通运输领域的应用前景日新月异，是集自动控制系统、智慧道路及环境信息感知等技术于一体的智能交通发展的产物，其主要目的在于实现车辆自动控制驾驶行为，避免人工驾驶时主观影响因素造成的潜在交通事故风险，从而实现汽车的安全行驶，促进交通运输行业的高效、安全发展。目前，在无人驾驶汽车技术及智慧道路领域内都需要实时感知道路周围环境从而做出正确的自动驾驶行为。对于交通量较大的道路上弯道行驶时，AVCS系统中巡航控制无法实现刹车及转弯控制行为，不能满足车辆转弯过程中实时自动控制行驶的需求。同时，及时控制侧向力大小是防止车辆在转弯过程中发生侧翻或滑移的重要手段，而且轮胎-路面的附着系数随着车速变化而变化的，无法人为确保车辆行驶的安全性。因此，智慧道路领域内亟需无人驾驶车辆弯道行驶时的侧向力控制方法，以满足无人驾驶车辆安全性、可靠性、高效性等多方面需求。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上现有技术存在的问题，本专利技术提出一种无人驾驶车辆转弯时的侧向力力控制方法，该方法可以满足转弯行驶时的无人驾驶汽车转弯过程的控制主体的安全性、可靠性、高效性等多方面需求，保证无人驾驶车辆在转弯行驶时的风险降至最低，该方法以0.2s为周期的循环方法为主体，采取侧向力连续控制方式，具有准确、高效、运算简单的特点，用于无人驾驶汽车AVCS系统对车辆转弯过程的自主控制。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种无人驾驶车辆转弯行驶时的侧向力控制方法，该方法包括以下步骤：(1)通过行车控制电脑ECU命令车载传感器及三维激光雷达获取相应的瞬时参数；(2)ECU根据步骤(1)中获取的参数确定实际所需侧向力FL实；(3)ECU将所需侧向力FL实输入AVCS车辆控制系统，并判断AVCS控制系统实际输出总侧向力是否满足转弯需求，若不满足需求，则命令速度自动控制系统及方向自动系统进行转弯，并保持最大侧向力输出；若满足要求，则进入步骤(4)；(4)ECU命令车载系统重新获取步骤(1)中的参数，并判断是否需要继续控制侧向力进行转弯行驶，若不需继续侧向力控制，则进入正常驾驶状态；若需要继续转弯，则进入步骤(5)；(5)ECU判定当前侧向力是否满足需求；若满足需求则保持当前侧向力并重新进入步骤(4)，不满足需求，则重新进入步骤(3)，直至瞬时侧向力小于等于车辆发生滑移的临界最大附着力，则侧向力控制结束。其中，步骤(1)中的瞬时参数包括：无人驾驶车辆当前所在的弯道路段半径RL，车辆瞬时速度vL，无人驾驶车辆当前所在弯道路段的瞬时倾斜角αL及路面纵坡度θ，其中，车辆瞬时速度vL以运动方向为正，倾斜角αL以弯道圆心一侧为正。其中，步骤(2)确定实际所需侧向力FL实的方法如下：且满足vL≤vr≤vs，纵向稳定性满足其中，RL无人驾驶车辆当前所在的弯道路段半径，vL车辆瞬时速度，αL无人驾驶车辆当前所在弯道路段的瞬时倾斜角，m为整车质量，g为当地实时重力加速度值，为轮胎与路面之间的最大附着力，为轮胎与路面之间的附着系数，vs为转弯不发生侧滑时的安全速度，vr为转弯不发生侧翻时的临界速度，为路面纵向稳定性的安全纵坡度，t1为EVCS控制系统反应时间，即EVCS系统对速度与转向控制系统分别下达减速、转向命令到这两个系统开始启动的时间；t2为车辆EVCS控制系统从开始启动对车轮所施加侧向力至控制系统所能达到的最大侧向力所需时间；当汽车有向弯道曲线外侧滑动趋势时FL实为正值，当汽车有向弯道曲线内侧滑动趋势时FL实为负值。进一步的，所述转弯不发生侧滑时的安全速度vs的取值范围如下：进一步的，所述转弯不发生侧翻时的临界速度vr计算法方法如下：其中，hg为车辆质心高度，L为车轮之间的距离，重力G＝mg。进一步的，所述附着系数的计算方法如下：其中r为轮胎转动半径，w为转动角速度，vL车辆瞬时速度。其中，步骤(3)的具体方法如下：ECU将实际所需的FL实通过AVCS系统对车辆速度控制系统进行调节，同时转向控制系统介入保持车辆正确行进方向，判定AVCS系统实际输出的车辆总侧向力FL总是否小于等于FL实，若不满足该条件，ECU则指令速度控制系统和转向控制系统介入进行减速转弯，并保持车辆以最大侧向力输出直至安全驶出弯道路段；若满足该条件，则进入步骤(4)。其中，步骤(4)的方法如下：ECU在0.2s后指令车载传感器并与三维激光雷达进行信息交互以重新获取步骤(1)中的参数，并判断新的瞬时侧向力是否小于等于轮胎与路面的最大附着力，若满足则侧向力控制结束，进入正常驾驶状态，若不满足，则需要继续进行侧向力控制。其中，步骤(5)的方法如下：根据步骤(4)中判断结果，若需要继续转弯时，ECU重新计算新的所需侧向力FL实1，若FL实大于等于FL实1，则重新进入步骤(4)；若不满足要求，则令FL实＝FL实1，则重新进入步骤(3)，直至判定可以结束转弯，进入正常驾驶状态。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益技术效果：本专利技术提供的无人驾驶车辆转弯时的侧向力控制方法，取代人工驾驶中驾驶员对转弯过程的控制角色，以0.2s为周期的循环语句为主体，同时与AVCS控制系统以及三维激光雷达系统的配合。以运算简单快速、可靠性高的瞬时稳定状态分析为核心方法，使得本方法同时达到准确、安全、快速的效果，能够应对路面上任何弯道驾驶行为等特点。附图说明图1为本专利技术的转弯行驶时侧向力控制方法总体流程图；图2为本专利技术的转弯行驶时侧向力控制方法详细流程图；图3为本专利技术用到的无人驾驶车辆在水平弯道上形式的受力分析图；图4为本专利技术用到的无人驾驶车辆在超高弯道上行驶的受力分析图；图5为本专利技术用到的无人驾驶车辆在斜坡弯道上行驶的受力分析图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本专利技术公开了一种无人驾驶车辆弯道行驶时的侧向力控制方法，如说明书附图1所示，无人驾驶车辆转弯时的侧向力控制方法的方法过程如下：(1)通过AVCS控制系统及三维激光雷达获取相应方法输入参数首先通过测距传感器与三维激光雷达定位系统确定弯道路段的几何信息及道路周围环境，获取驶入的瞬时弯道半径RL和车辆瞬时速度vL，速度以运动方向为正。同时通过车载重力传感器确定车辆所在路面倾斜角αL，其中，倾斜角以偏向曲线内侧为正，坡度角以上坡为正，将测定的四个参数输入ECU系统中，需明确的是方法中所有参数均采用国际单位制。(2)计算实际所需侧向力FL实ECU系统按照下述程序进行计算决断：首先将车辆在运行状态视为匀速运动，将路面纵向坡度角θ视为不变定值。车辆驶入弯道上时，以当车辆产生的侧向力小于等于轮胎与路面之间的最大附着力时，车辆转弯不会发生侧滑或侧翻现象。根据车辆瞬时速度vL，确定车辆在弯道行驶的侧向加速度aL：其中，aL为车辆转弯时侧向加速度，方向为偏向曲线内侧；t1为AVCS控制系统反应时间，即AVCS系统对速度与转向控制系统分别下达减速、转向命令到这两个系统开始启动的时间；t2为车辆AVCS控制系统从开始启动对车轮所施加侧向力至控制系统所能达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人驾驶车辆转弯行驶时的侧向力控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过行车控制电脑ECU命令车载传感器及三维激光雷达获取相应的瞬时参数；(2)ECU根据步骤(1)中获取的参数确定实际所需侧向力FL实；(3)ECU将所需侧向力FL实输入AVCS车辆控制系统，并判断AVCS控制系统实际输出总侧向力是否满足转弯需求，若不满足需求，则命令速度自动控制系统及方向自动系统进行转弯，并保持最大侧向力输出；若满足要求，则进入步骤(4)；(4)ECU命令车载系统重新获取步骤(1)中的参数，并判断是否需要继续控制侧向力进行转弯行驶，若不需继续侧向力控制，则进入正常驾驶状态；若需要继续转弯，则进入步骤(5)；(5)ECU判定当前侧向力是否满足需求；若满足需求则保持当前侧向力并重新进入步骤(4)，不满足需求，则重新进入步骤(3)，直至瞬时侧向力小于等于车辆发生滑移的临界最大附着力，则侧向力控制结束。

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶车辆转弯行驶时的侧向力控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过行车控制电脑ECU命令车载传感器及三维激光雷达获取相应的瞬时参数；(2)ECU根据步骤(1)中获取的参数确定实际所需侧向力FL实；(3)ECU将所需侧向力FL实输入AVCS车辆控制系统，并判断AVCS控制系统实际输出总侧向力是否满足转弯需求，若不满足需求，则命令速度自动控制系统及方向自动系统进行转弯，并保持最大侧向力输出；若满足要求，则进入步骤(4)；(4)ECU命令车载系统重新获取步骤(1)中的参数，并判断是否需要继续控制侧向力进行转弯行驶，若不需继续侧向力控制，则进入正常驾驶状态；若需要继续转弯，则进入步骤(5)；(5)ECU判定当前侧向力是否满足需求；若满足需求则保持当前侧向力并重新进入步骤(4)，不满足需求，则重新进入步骤(3)，直至瞬时侧向力小于等于车辆发生滑移的临界最大附着力，则侧向力控制结束。2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆转弯行驶时的侧向力控制方法，其特征在于，步骤(1)中的瞬时参数包括：无人驾驶车辆当前所在的弯道路段半径RL，车辆瞬时速度vL，无人驾驶车辆当前所在弯道路段的瞬时倾斜角αL及路面纵坡度θ，其中，车辆瞬时速度vL以运动方向为正，倾斜角αL以弯道圆心一侧为正。3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆转弯行驶时的侧向力控制方法，其特征在于，步骤(2)确定实际所需侧向力FL实的方法如下：且满足vL≤vr≤vs，纵向稳定性满足其中，RL无人驾驶车辆当前所在的弯道路段半径，vL车辆瞬时速度，αL无人驾驶车辆当前所在弯道路段的瞬时倾斜角，m为整车质量，g为当地实时重力加速度值，为轮胎与路面之间的最大附着力，为轮胎与路面之间的附着系数，vs为转弯不发生侧滑时的安全速度，vr为转弯不发生侧翻时的临界速度，为路面纵向稳定性的安全纵坡度，t1为EVCS控制系统反应时间，即EVCS系统对速度与转向控制系统分别下达减速、转向命令到这两个系统开始启动的时间；t2为车辆EVCS控制系统从开始启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓明，郑彬双，黄若昀，陈嘉颖，赵润民，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32