集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：预瞄路面信息的处理；步骤二：设计预瞄半主动悬架控制器；步骤三：保证舒适性的车速规划；步骤四：悬架与车速协调。本发明专利技术的方法利用来自网络系统和前视传感器的道路信息，给出了一种协调车速与半主动悬架的舒适性控制策略，可以实现：1)抑制车辆垂向振动，2)缩短驾驶时间，3)减少车辆纵向加减速的多目标性能。

Comfort control method of unmanned vehicle with integrated speed planning and preview semi-active suspension

【技术实现步骤摘要】
集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法
本专利技术属于车辆减震
，涉及一种汽车半主动悬架控制方法和车速规划方法，具体涉及一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人驾驶车辆舒适性控制方法。
技术介绍
传感和控制技术的发展正迅速将汽车工业推向智能化和无人化，并带来了一系列新的技术创新与挑战。当前，无人汽车研究主要关注环境特征的识别以及驾驶轨迹规划与跟踪，并由此诞生了诸多复杂交通环境下的安全性解决方案。然而，几乎所有的方案均在平坦的路面环境下给出，很少有研究关注不平路面下的无人车辆舒适性问题。众所周知，对于传统车辆来说，舒适性的提升不仅依赖悬架系统的振动吸收，有经验的驾驶人员通常会根据道路状况来调节车速从而改善舒适性。然而，无人驾驶车辆缺乏主观的评估能力，这使得依据舒适性需求调整驾驶行为变得非常困难。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法。该方法利用来自网络系统和前视传感器的道路信息，给出了一种协调车速与半主动悬架的舒适性控制策略，可以实现：1)抑制车辆垂向振动，2)缩短驾驶时间，3)减少车辆纵向加减速的多目标性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法，包括如下步骤：步骤一：预瞄路面信息的处理(1)当预瞄距离为Lp，且光学传感器对路面的扫描精度为Δl时，得到某时刻t获得的预瞄路面信息为集合Ω(t)，且其中，hi(t)为与车轮相聚i·Δl的路面高度数据点，i表示数据点的索引，Nsp为数据点的总个数且满足(2)根据车速v对Ω(t)进行处理，从而获得可以被悬架控制系统利用的信息，具体步骤如下：a、悬架控制系统的采样周期为Ts，那么在每个采样周期，车辆通过的道路距离为ls＝vTs，基于此，得到单个采样周期内，车辆通过的空间数据点数量为：其中，k代表第k时刻；b、假设数据点hi(t)和hi+1(t)之间的路面高度符合零阶保持且等于hi(t)，那么，如果路面在kTs时的高度为hi，那么在(k+1)Ts时车辆将抵达高度为hi+n(1,v)+1处，基于此，得到车速为v且采样时间为kTs时的可利用路面高度数据集合Θ如下：其中，Hi(v,k)＝hn(i-1,v)+1(kTs)，步骤二：设计预瞄半主动悬架控制器(1)设定符号zs表示车身的垂直振动位移，zu为车轮的垂直振动位移，zr为路面高度，F为阻尼力，ms为四分之一车身质量，mu为单个车轮的集中质量，ks为弹簧刚度，cs为固定阻尼系数，kt为等效的轮胎垂向刚度系数；(2)选择状态向量控制变量u＝F，干扰变量w＝zr，根据牛顿定律得到如下半主动悬架的状态空间模型：其中，和为参数矩阵并满足同时考虑到半主动悬架的能量耗散约束，存在如下阻尼力约束条件：(x2-x4)u≥0，|u|≤σ，u(x2-x4)≤κ(x2-x4)2(5)；其中，σ和κ为根据可调阻尼器特性得到的常值参数，(3)定义悬架性能输出向量为根据表达式(4)以及采样周期Ts，得离散系统状态方程为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Bdw(k)，y(k)＝Cx(k)+Du(k)+Ddw(k)(6)；其中A，B，C，D，Bd和Dd为离散时间的系统参数矩阵；(4)定义两个布尔型变量δv，δF以及一个辅助变量z如下：据此，将表达式(5)中的非线性约束写成如下线性不等式和等式约束：其中δ＝[δvδF]T，且E1，E2，E3，E4，E5和E6为参数矩阵；(5)融合表达式(6)和表达式(8)，并分别定义Nc和Ntp为控制时域和预测时域长度以及δ，z和u为决策变量，得到如下系统状态预测方程：X(k)＝Σ1x(k)+Σ2U(k)+Σ3W(k)(9)；其中，Σ1，Σ2和Σ3为预测矩阵，且其中，xk+i|k表示在第k时刻所预测的k+i时刻的系统状态，wk+i，uk+i，δk+i和zk+i分别表示第k+i时刻的干扰量、控制量、布尔型变量和辅助变量；(6)拟定W(k)中的元素依次等于Θ(v,k)中的元素，定义正定矩阵及那么控制目标写成如下形式：(7)采用下述变预测时域的控制方法，在每一时刻得到速度自适应的预瞄控制变量u(k)：a)在k时刻，读取当前悬架状态x(k)和车速v(k)；b)计算Ntp和W(k)，其中，Ntp计算方式如下：其中，v*为一个指定的速度值；c)求解如下混合逻辑二次规划问题：s.t.(8)forallpredictivestepsd)选取求解序列U(k)中的第一个元素作为控制变量；e)在k+1时刻，重复步骤a)至步骤d)；步骤三：保证舒适性的车速规划(1)路面类型划分：将车辆前方路面分为粗糙路面Ri和一般路面Gi两种类型，两种路面的基本信息如下：其中，ssi和tti分别表示Ri路段的起止点位置经纬度；和为通过每个路段的最小和最大允许速度；fi表示Ri路段的长度和路面高度函数；(2)路面舒适性评估：定量的性能评价表达式如下：其中，为粗糙路段的长度，为路面高度函数，v为车速，τ1、τ2和τ3为性能指标的权重系数，y2＝zs-zu，y3＝zu-zr；(3)路面信息整备：a、将相关的Gi路段划分成调整路段和正常路段；b、将调整路段等分成若干段，并假定各路段的车速只能匀速变化，那么得到若干需要确定速度的位置点Pi；c、假定车辆总是以恒定速度通过Ri路段，那么每个Ri路段均看成一个位置点Pi，设定每个Pi的特征参数如下：其中，和表示Pi的起点和终点距离车辆的距离，当Pi为一个点时，和表示Pi允许的速度范围；Gi表示不同车速通过Pi的舒适性能集合，其形式如下：当Pi表示一个Ri路段时，通过运行仿真器并计算表达式(13)得到；反之，若Pi表示一个位置点时，原则上如果Pi是一个粗糙路段，那么人为地设置其周围的位置点的舒适性能为非零，并具有如下形式：该设置将为粗糙路段提供车速调整的预警区域；(4)车速规划计算：a、根据动态规划原理，通过求解如下极小化问题获得最优的车速轨迹：其中，Ji(vi)表示以速度vi开始从i点到N点的代价函数，表示允许的速度区间；b、定义从i到i+1的传输代价函数如下：其中，据此，即得到最优速度轨迹步骤四：悬架与车速协调(1)按照步骤三的最优速度轨迹运行车辆，在每个时刻得到实际速度v*(k)；(2)持续运行步骤二中的悬架控制算法，并以实际速度v*(k)指导预测时域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：/n步骤一：预瞄路面信息的处理/n(1)当预瞄距离为L

【技术特征摘要】
1.一种集成车速规划和预瞄半主动悬架的无人车舒适性控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一：预瞄路面信息的处理
(1)当预瞄距离为Lp，且光学传感器对路面的扫描精度为Δl时，得到某时刻t获得的预瞄路面信息为集合Ω(t)，且



其中，hi(t)为与车轮相聚i·Δl的路面高度数据点，i表示数据点的索引，Nsp为数据点的总个数且满足
(2)根据车速v对Ω(t)进行处理，从而获得可以被悬架控制系统利用的信息；
步骤二：设计预瞄半主动悬架控制器
(1)设定符号zs表示车身的垂直振动位移，zu为车轮的垂直振动位移，zr为路面高度，F为阻尼力，ms为四分之一车身质量，mu为单个车轮的集中质量，ks为弹簧刚度，cs为固定阻尼系数，kt为等效的轮胎垂向刚度系数；
(2)选择状态向量控制变量u＝F，干扰变量w＝zr，根据牛顿定律得到如下半主动悬架的状态空间模型：



其中，和为参数矩阵并满足






同时考虑到半主动悬架的能量耗散约束，存在如下阻尼力约束条件：
(x2-x4)u≥0，|u|≤σ，u(x2-x4)≤κ(x2-x4)2(5)；
其中，σ和κ为根据可调阻尼器特性得到的常值参数，
(3)定义悬架性能输出向量为根据表达式(4)以及采样周期Ts，得离散系统状态方程为：
x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Bdw(k)，y(k)＝Cx(k)+Du(k)+Ddw(k)(6)；
其中A，B，C，D，Bd和Dd为离散时间的系统参数矩阵；
(4)定义两个布尔型变量δv，δF以及一个辅助变量z如下：

z＝δv(u-κ(x2-x4))(7)；
据此，将表达式(5)中的非线性约束写成如下线性不等式和等式约束：



其中δ＝[δvδF]T，且E1，E2，E3，E4，E5和E6为参数矩阵；
(5)融合表达式(6)和表达式(8)，并分别定义Nc和Ntp为控制时域和预测时域长度以及δ，z和u为决策变量，得到如下系统状态预测方程：
X(k)＝Σ1x(k)+Σ2U(k)+Σ3W(k)(9)；
其中，Σ1，Σ2和Σ3为预测矩阵，且









其中，xk+i|k表示在第k时刻所预测的k+i时刻的系统状态，wk+i，uk+i，δk+i和zk+i分别表示第k+i时刻的干扰量、控制量、布尔型变量和辅助变量；
(6)拟定W(k)中的元素依次等于Θ(v,k)中的元素，定义正定矩阵Q＝QT＞0及R＝RT＞0，那么控制目标写成如下形式：



(7)采用变预测时域的控制方法，在每一时刻得到速度自适应的预瞄控制变量u(k)；
步骤三：保证舒适性的车速规划
(1)路面类型划分：
将车辆前方路面分为粗糙路面Ri和一般路面Gi两种类型，两种路面的基本信息如下：






其中，ssi和tti分别表示Ri路段的起止点位置经纬度；和为通过每个路段的最小和最大允许速度；fi表示Ri路段的长度和路面高度函数；
(2)路面舒适性评估：
定量的性能评价表达式...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，刘志远，周洪亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23