自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及智能交通技术领域，提供一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法及系统。所述方法包括：建立车辆的侧翻稳定性评价指标，包括横向载荷转移率；确定影响横向载荷转移率的因子，包括侧向加速度，并将侧向加速度作为横向载荷转移率对应的稳定性控制目标；根据车辆动力学模型及车辆参数，建立侧向加速度与纵向车速、前轮转角及车辆参数之间的对应关系；根据该对应关系以及前轮转角与方向盘转角的转换关系，获取不同车速下的最大侧向加速度对应的最大方向盘转角作为转角阈值；以及在方向盘转角大于转角阈值时，将方向盘转角限制在转角阈值。本发明专利技术相比于传统的直接给出极值限制值的方案，更加适应不同的工况和不断变化的车辆状态。

【技术实现步骤摘要】
自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法及系统
本专利技术涉及智能交通
，特别涉及一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法及系统。
技术介绍
自动驾驶(也称无人驾驶、智能驾驶)系统的设计与开发大致可分为四个模块：环境感知、数据融合、决策规划和运动控制。一辆自动驾驶车辆要实现自动行驶，首先需要像人一样充分“了解”周围的环境，包括周围车辆、行人、道路标示、道路路面、天气等一切影响驾驶行为的环境信息，即环境感知。其次，自动驾驶系统将采集到的所有传感器信息进行处理，包括提取、筛选、过滤、对比等，最终得到稳定的可真实反映车辆周围环境信息的信号，即数据融合。进而，自动驾驶系统根据融合后的信息做出相应的“判断和规划”，包括保持当前道路行驶、换道、行驶轨迹、行驶速度等内容，即决策规划。最后，自动驾驶系统根据接收的决策指令控制车辆完成相应的动作，包括保持在当前车道内行驶、换道、按规定速度行驶、跟随前车行驶等，即运动控制。其中，运动控制模块作为自动驾驶控制系统的底层模块，在其他模块运行错误时，极易受到影响。例如，某一传感器的突然故障或者信号异常导致自动驾驶系统的输入异常，从而引起错误的计算，最终得到错误的输出。这一错误输出可能产生车辆突然转向或者突然制动和加速，轻则使乘客感觉到不舒适，重则引起车辆的侧滑和侧翻，这样一来就严重违背了自动驾驶系统的开发初衷。因此，为了保证自动驾驶系统控制的安全性，需要在自动驾驶系统的运动控制模块中增加“安全监测”功能，以实现对横纵向控制量的安全监测。其中，根据运动控制模块的输出，涉及的安全监测功能应包括两部分：一部分是针对纵向控制进行安全监测，另一部分是对横向控制进行安全监测。针对横向控制进行安全监测的目的主要是确保运动中的车辆不发生侧翻、侧滑等风险。但是，目前的横向控制安全监测方案是直接给对输出的控制量进行极值限制(如，umin≤u≤umax，其中u为输出值，umin为输出上限，umax输出下限)。这种方案虽然能达到一定的监测目的，但是方法过于笼统简单，无法适应不同的工况和不断变化的车辆状态。最终的结果往往是：在一些工况下达不到安全监测的效果；在另一些工况下制约了控制系统的控制作用。因此，需要设计新的横向控制安全监测策略，以提高自动驾驶车辆的安全驾驶。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，以至少部分地解决上述技术问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，包括：建立车辆的侧翻稳定性评价指标，该侧翻稳定性评价指标包括车辆的横向载荷转移率；确定影响所述侧翻稳定性评价指标的因子作为车辆的稳定性控制目标，包括确定影响所述横向载荷转移率的因子，该因子包括车辆的侧向加速度，以及将所述侧向加速度作为所述横向载荷转移率对应的所述稳定性控制目标；根据车辆动力学模型及车辆参数，建立所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系；根据所述对应关系以及所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系，获取不同车速下给定的最大的所述侧向加速度对应的最大的方向盘转角，将该最大的方向盘转角作为转角阈值；以及实时监测所述方向盘转角，并判断所监测的方向盘转角是否大于所述转角阈值，若是，则将所述方向盘转角限制在所述转角阈值之后再输出以用于车辆横向控制，否则正常输出所述方向盘转角以用于车辆横向控制。进一步的，所述侧翻稳定性评价指标还包括侧倾角阈值、横向加速度阈值以及侧翻时间中的一者或多者。进一步的，所述确定影响所述横向载荷转移率的因子包括：首先，建立表达所述横向载荷转移率的数学模型如下：其中，LTR表示所述横向载荷转移率，ay表示所述侧向加速度，h表示质心高度，hs表示质心到侧翻中心的距离，g为重力加速度，Φ为车辆侧倾角，B为车辆轮距；其次，确定影响所述横向载荷转移率的因子包括所述质心高度、所述车辆轮距、所述车辆侧倾角和所述侧向加速度中的任意一者或多者。进一步的，所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系为：其中，ay为所述侧向加速度，k1为前轴等效侧偏刚度，k2为后轴等效侧偏刚度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，u为纵向车速，δ为前轮转角。进一步的，所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系为：δsw＝δi其中，δ为前轮转角，δsw为方向盘转角，i为转向系统传动比。相对于现有技术，本专利技术基于车辆动力学设计的横向控制安全监测方法可以达到安全监测的目的，尤其在高速工况下可以确保车辆的安全行驶，进而提高了自动驾驶系统的安全性，从而相比于传统的直接给出极值限制值的方案，更加适应不同的工况和不断变化的车辆状态。本专利技术的另一目的在于提出一种机器可读存储介质，以至少部分地解决上述技术问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法。所述机器可读存储介质与上述横向控制安全监测方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。本专利技术的另一目的在于提出一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测系统，以至少部分地解决上述技术问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测系统，包括：指标建立模块，用于建立车辆的侧翻稳定性评价指标，该侧翻稳定性评价指标包括车辆的横向载荷转移率；目标确定模块，用于确定影响所述侧翻稳定性评价指标的因子作为车辆的稳定性控制目标，包括确定影响所述横向载荷转移率的因子，该因子包括车辆的侧向加速度，以及将所述侧向加速度作为所述横向载荷转移率对应的所述稳定性控制目标；关系建立模块，用于根据车辆动力学模型及车辆参数，建立所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系；阈值确定模块，用于根据所述对应关系以及所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系，获取不同车速下给定的最大的所述侧向加速度对应的最大的方向盘转角，将该最大的方向盘转角作为转角阈值；以及监测模块，用于实时监测所述方向盘转角，并判断所监测的方向盘转角是否大于所述转角阈值，若是，则将所述方向盘转角限制在所述转角阈值之后再输出以用于车辆横向控制，否则正常输出所述方向盘转角以用于车辆横向控制。进一步的，所述侧翻稳定性评价指标还包括侧倾角阈值、横向加速度阈值以及侧翻时间中的一者或多者。进一步的，所述确定影响所述横向载荷转移率的因子包括：首先，建立表达所述横向载荷转移率的数学模型如下：其中，LTR表示所述横向载荷转移率，ay表示所述侧向加速度，h表示质心高度，hs表示质心到侧翻中心的距离，g为重力加速度，Φ为车辆侧倾角，B为车辆轮距；其次，确定影响所述横向载荷转移率的因子包括所述质心高度、所述车辆轮距、所述车辆侧倾角和所述侧向加速度中的任意一者或多者。进一步的，所述侧向加速度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法包括：/n建立车辆的侧翻稳定性评价指标，该侧翻稳定性评价指标包括车辆的横向载荷转移率；/n确定影响所述侧翻稳定性评价指标的因子作为车辆的稳定性控制目标，包括：/n确定影响所述横向载荷转移率的因子，该因子包括车辆的侧向加速度；以及/n将所述侧向加速度作为所述横向载荷转移率对应的所述稳定性控制目标；/n根据车辆动力学模型及车辆参数，建立所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系；/n根据所述对应关系以及所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系，获取不同车速下给定的最大的所述侧向加速度对应的最大的方向盘转角，将该最大的方向盘转角作为转角阈值；以及/n实时监测所述方向盘转角，并判断所监测的方向盘转角是否大于所述转角阈值，若是，则将所述方向盘转角限制在所述转角阈值之后再输出以用于车辆横向控制，否则正常输出所述方向盘转角以用于车辆横向控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法包括：
建立车辆的侧翻稳定性评价指标，该侧翻稳定性评价指标包括车辆的横向载荷转移率；
确定影响所述侧翻稳定性评价指标的因子作为车辆的稳定性控制目标，包括：
确定影响所述横向载荷转移率的因子，该因子包括车辆的侧向加速度；以及
将所述侧向加速度作为所述横向载荷转移率对应的所述稳定性控制目标；
根据车辆动力学模型及车辆参数，建立所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系；
根据所述对应关系以及所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系，获取不同车速下给定的最大的所述侧向加速度对应的最大的方向盘转角，将该最大的方向盘转角作为转角阈值；以及
实时监测所述方向盘转角，并判断所监测的方向盘转角是否大于所述转角阈值，若是，则将所述方向盘转角限制在所述转角阈值之后再输出以用于车辆横向控制，否则正常输出所述方向盘转角以用于车辆横向控制。


2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述侧翻稳定性评价指标还包括侧倾角阈值、横向加速度阈值以及侧翻时间中的一者或多者。


3.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述确定影响所述横向载荷转移率的因子包括：
建立表达所述横向载荷转移率的数学模型如下：



其中，LTR表示所述横向载荷转移率，ay表示所述侧向加速度，h表示质心高度，hs表示质心到侧翻中心的距离，g为重力加速度，Φ为车辆侧倾角，B为车辆轮距；
确定影响所述横向载荷转移率的因子包括所述质心高度、所述车辆轮距、所述车辆侧倾角和所述侧向加速度中的任意一者或多者。


4.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述侧向加速度与纵向车速、前轮转角及所述车辆参数之间的对应关系为：



其中，ay为所述侧向加速度，k1为前轴等效侧偏刚度，k2为后轴等效侧偏刚度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，u为纵向车速，δ为前轮转角。


5.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的横向控制安全监测方法，其特征在于，所述前轮转角与车辆的方向盘转角的转换关系为：
δsw＝δi
其中，δ为前轮转角，δsw为方向盘转角，i为转向系统传动比。

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁宁，张凯，和林，甄龙豹，葛建勇，王天培，张健，贾卓，张露，高莎莎，
申请(专利权)人：长城汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13