一种用于无人车的运动控制器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了用于无人车的运动控制方法，包括(1)输入上层决策层和路径规划层的期望轨迹、期望速度和自车状态信息即无人车运动控制的需求；(2)运动控制器接收并读取所述运动控制需求并结合所述自车状态信息将需求进行转化，得到运动控制指令；(3)运动控制器发出运动控制指令，控制无人车的底层驱动运行，完成无人车的运动。本发明专利技术的有益效果是转向控制、速度控制集成在一起，控制器与底层装置相结合，具有协同作用，其控制转向、变速的同步性好。

A Kinematic Controller for Unmanned Vehicle and Its Control Method

The invention discloses a motion control method for an unmanned vehicle, which includes: (1) input the desired trajectory, expected speed and state information of the upper decision-making layer and the path planning layer, i.e., the requirement of the motion control of the unmanned vehicle; (2) motion controller receives and reads the motion control requirement and converts the requirement into motion control command based on the state information of the unmanned vehicle; (3) motion control. The robot sends out motion control instructions to control the bottom drive of the unmanned vehicle and complete the motion of the unmanned vehicle. The beneficial effect of the invention is that the steering control and speed control are integrated together, the controller is combined with the underlying device, and has a synergistic effect, and the synchronization of the steering and speed control is good.

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人车的运动控制器及其控制方法
本专利技术属于车辆自动驾驶
，尤其是涉及一种用于无人车的运动控制器及其控制方法。
技术介绍
近年来，随着科技发展与社会进步，我国汽车保有量逐年增加，这导致了交通的拥堵以及事故发生率的提升。为解决上述问题，无人车的研发已成为世界各大高校、研究机构中的热点问题。无人驾驶汽车，也称为智能汽车，是一种能够实现自主驾驶的轮式移动机器人，是一个集环境感知、规划决策、运动控制等功能于一体的高度智能化、信息化系统。无人驾驶汽车的研究目的是使计算机代替人来完成车辆驾驶任务，弥补人工驾驶的不足，实现车辆的安全、可靠、高效的驾驶。无人驾驶汽车将有效减轻驾驶员的负担，减少驾驶员疲劳驾驶的现象，有利于提高交通安全；同时，配合城市交通控制系统，可以合理分配交通流，实现交通系统的顺畅运行。运动控制是实现无人驾驶汽车安全行驶的关键问题之一，它是连接上层决策单元与车辆底层装置的桥梁。运动控制器的准确率与效率，直接影响了无人车驾驶的安全性以及平稳性，其中运动控制内容为方向控制以及速度控制，主要涉及到节气门、制动踏板以及转向电机等底层装置。目前，市面上出现的运动控制器，多为对节气门、制动踏板和转向电机三者中的某一种进行控制。专利公开号为107092256A，名称为“一种无人车转向控制方法”中公开的内容，仅实现了无人紧急制动或转向控制的单一控制目标，但是多个控制器的协作会产生大量的误差，从而影响无人车控制的准确性，并且，多个控制器与上层决策单元相结合，导致控制反应速度慢，影响无人车的控制效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、操作简单、控制器同步性好、具有协同作用、控制准确率高的用于无人车的运动控制器。本专利技术的技术方案如下：一种用于无人车的运动控制器，包括：输入单元，用于输入上层决策层和路径规划层的无人车运动控制的需求；控制单元，用于接收所述需求，将该需求转化为运动控制指令，并将该运动控制指令的数据分配；输出单元，用于接收所述运动控制指令的数据，根据该数据转化生成无人车的输出命令；底层驱动单元，用于接收所述输出命令，驱动无人车的底层驱动装置运行，并将该底层驱动装置的运行状态反馈回所述输出单元，以用于根据该运行状态对输出命令的数据修正。在上述技术方案中，所述控制单元包括：运动控制单元，用于分配运动控制指令至各控制模块；辅助控制单元，用于与驾驶员模型数据库的数据匹配，得到优化的驾驶员模型。在上述技术方案中，所述运动控制单元包括：运动分配模块，用于接收所述运动控制的需求并分配运动控制指令；路径跟踪模块，用于将运动控制指令与匹配的优化的驾驶员模型结合，计算生成目标路径，并将该目标路径转化为方向转角指令；转向控制模块，用于接收所述方向转角指令以输出方向转角数据；匀速/加速控制模块，用于接收所述运动控制指令以输出节气门开度数据；减速控制模块，用于接收所述运动控制指令以输出制动压力数据。在上述技术方案中，所述辅助控制单元中存储驾驶员模型数据，用于存储驾驶员模型并与所述运动控制指令匹配。在上述技术方案中，所述运动控制单元采用转向控制算法、路径跟踪算法、减速控制算法以及匀速/加速控制算法获得最优控制。在上述技术方案中，所述运动控制指令输出的数据包括节气门的开度数据、制动踏板的制动压力数据以及转向电机的方向转角数据。在上述技术方案中，所述底层驱动装置包括无人车的节气门、制动踏板以及转向电机。在上述技术方案中，所述无人车运动控制的需求包括期望轨迹、期望速度和自车状态信息。在上述技术方案中，所述自车状态信息包括无人车的自车速度、位置信息和自车转角。本专利技术的另一个目的是提供一种用于无人车的运动控制器的控制方法，包括以下步骤：(1)在所述无人车的输入单元输入上层决策层和路径规划层的无人车运动控制的期望轨迹、期望速度和自车状态信息；(2)控制单元接收到期望轨迹、期望速度和自车状态信息后，将上述期望轨迹、期望速度和自车状态信息转化为运动控制指令，并通过运动分配模块将该运动控制指令的数据分配；(2-1)辅助控制单元在接收到无人车运动控制需求的自车状态信息后，与其内部存储的驾驶员模型数据库的数据匹配，找到与自车相对应类型的驾驶员模型，从而得到优化的驾驶员模型；(2-2)运动控制单元在接收到无人车运动控制的期望轨迹、期望速度和自车状态信息后，通过运动分配模块分别分配运动控制指令至运动控制单元中的各控制模块中；(2-3)路径跟踪模块接收到分配的运动控制指令后，根据辅助单元中匹配得到的优化的驾驶员模型计算生成目标路径，并通过该目标路径结合前馈算法转化生成为方向转角指令；(2-4)转向控制模块接收到所述方向转角指令后，生成了输出方向转角数据；(2-5)匀速/加速控制模块接收到分配的运动控制指令后，生成了输出节气门开度数据；(2-6)减速控制模块接收到分配的运动控制指令后，生成了输出制动压力数据；(3)输出单元在接收到所述方向转角数据、节气门开度数据和制动压力数据后，根据上述转化生成无人车的输出命令；(4)底层驱动单元接收所述输出命令后，控制无人车的节气门开度、制动踏板的制动压力以及转向电机的方向转角，并将节气门、制动踏板及转向电机的运行状态反馈回所述输出单元，以用于根据该运行状态对所述输出命令的数据实现修正，从而完成无人车的转向、加速、减速、速度保持的控制。本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)在一个电路板上集成了控制器与上层决策单元相结合，且能够直接控制底层装置，将车辆的转向控制与速度控制集成一起，实现车辆控制中的加速控制、加速控制以及转向控制的功能，集成性强，功能完善。(2)同步控制车辆的加减速与转向控制，使得两种平行关系的控制性能同步性能好，且协调性好，两者平行关系间具有协同作用，同步性好，以达到更加舒适的驾驶体验。(3)运动控制器与底层驱动装置相结合，在运行控制时直接通过控制单元向底层驱动装置发送命令，无需单独向底层驱动装置发送命令，运用电信号代替机械信号，简化了控制过程。附图说明图1是本专利技术的用于无人车的运动控制器的结构示意图；图2是本专利技术中路径跟踪模块的结构示意图；图3是本专利技术中转向控制模块的结构示意图；图4是本专利技术中匀速/加速控制模块的结构示意图。图5是本专利技术中减速控制模块的结构示意图；图6是本专利技术的用于无人车的运动控制硬件模块示意图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，决不限制本专利技术的保护范围。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的属于“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的属于应该解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。在使用类似“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人车的运动控制器，其特征在于，包括：输入单元，用于输入上层决策层和路径规划层的无人车运动控制的需求；控制单元，用于接收所述需求，将该需求转化为运动控制指令，并将该运动控制指令的数据分配；输出单元，用于接收所述运动控制指令的数据，根据该数据转化生成无人车的输出命令；底层驱动单元，用于接收所述输出命令，驱动无人车的底层驱动装置运行，并将该底层驱动装置的运行状态反馈回所述输出单元，以用于根据该运行状态对输出命令的数据修正。

【技术特征摘要】
1.一种用于无人车的运动控制器，其特征在于，包括：输入单元，用于输入上层决策层和路径规划层的无人车运动控制的需求；控制单元，用于接收所述需求，将该需求转化为运动控制指令，并将该运动控制指令的数据分配；输出单元，用于接收所述运动控制指令的数据，根据该数据转化生成无人车的输出命令；底层驱动单元，用于接收所述输出命令，驱动无人车的底层驱动装置运行，并将该底层驱动装置的运行状态反馈回所述输出单元，以用于根据该运行状态对输出命令的数据修正。2.根据权利要求1所述的运动控制器，其特征在于：所述控制单元包括：运动控制单元，用于分配运动控制指令至各控制模块；辅助控制单元，用于与驾驶员模型数据库的数据匹配，得到优化的驾驶员模型。3.根据权利要求2所述的运动控制器，其特征在于：所述运动控制单元包括：运动分配模块，用于接收所述运动控制的需求并分配运动控制指令；路径跟踪模块，用于将运动控制指令与匹配的优化的驾驶员模型结合，计算生成目标路径，并将该目标路径转化为方向转角指令；转向控制模块，用于接收所述方向转角指令以输出方向转角数据；匀速/加速控制模块，用于接收所述运动控制指令以输出节气门开度数据；减速控制模块，用于接收所述运动控制指令以输出制动压力数据。4.根据权利要求3所述的运动控制器，其特征在于：所述辅助控制单元中存储驾驶员模型数据，用于存储驾驶员模型并与所述运动控制指令匹配。5.根据权利要求4所述的运动控制器，其特征在于：所述运动控制单元采用转向控制算法、路径跟踪算法、减速控制算法以及匀速/加速控制算法获得最优控制。6.根据权利要求5所述的运动控制器，其特征在于：所述运动控制指令输出的数据包括节气门的开度数据、制动踏板的制动压力数据以及转向电机的方向转角数据。7.根据权利要求6所述的运动控制器，其特征在于：所述底层驱动装置包括无人车的节气门、制动踏板以及转向电机。8.根据权利要求7所述的运动控制器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖峰，殷嘉伦，张昌杰，马育林，
申请(专利权)人：畅加风行苏州智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32