基于模型的预测控制确定车辆致动器的输入变量制造技术

本发明专利技术涉及使用基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量的过程。根据本发明专利技术的一个方面，处理器单元被设计成藉由接口访问轨迹信息(P)和状态数据集(17)，该状态数据集表示车辆的环境状态和/或车辆的状态和/或车辆的驾驶状态。处理器单元执行辅助条件算法(14)以便计算出辅助条件(18)，并且执行用于基于模型的预测控制的MPC算法(15)。通过执行辅助条件算法(14)，基于轨迹信息(P)和状态数据集(17)为MPC算法(15)确定了辅助条件(18)。通过执行MPC算法(15)，基于辅助条件(18)确定了用于车辆致动器的输入变量(19)。执行这个过程，特别地使得在未来的预测的轨迹中车辆以指定程度的可靠性遵循指定轨迹。程度的可靠性遵循指定轨迹。程度的可靠性遵循指定轨迹。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于模型的预测控制确定车辆致动器的输入变量
[0001]本专利技术涉及藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量。
[0002]在自动驾驶的背景下，对车辆的轨迹控制系统在跟踪精度、稳定性和鲁棒性方面提出了严格的要求。这些特性必须在轨迹控制系统的整个工作范围内得到保证。影响轨迹控制的重要因素是轮胎/路面接触，因为车辆与道路之间的动力传输发生在这里。在轨迹控制系统中将轮胎/路面接触纳入考虑可以通过所谓鲁棒控制的方法进行，或者当有涉及轮胎/路面接触的信息可用时，藉由所谓增益调度的方式进行。
[0003]此外已知的是，在轨迹控制领域，可以采用基于模型的预测控制(Model Predictive control，简称MPC)方法。MPC方法由于其灵活性和对轨迹未来趋向的明确考虑，可以实现高控制性能。MPC方法的特殊优势是直接考虑与致动器相关的被操纵变量的限制条件。因此，关于轮胎/路面接触(例如呈最大摩擦系数的形式)的信息可以被整合到基于模型的预测控制的预测模型中。可以藉由例如统计方法进行轮胎/路面接触(例如呈最大摩擦系数的形式)的确定。仅以基于摩擦系数的预测模型的形式将此信息整合到MPC控制中，只能在特殊情况下确保车辆安全地遵循预定轨迹。特别是，当系统动态达到预测界限长度的数倍时，不能确保轨迹设定的安全实施。这意味着，例如，在预测界限内车辆不能将其速度改变为任意值，而是速度的适配需要比预测界限的时间长度更长的时间。
[0004]本专利技术的目的在于提供一种技术，该技术确保车辆以特别安全的方式自主或半自主地遵循为其预定的轨迹。/>[0005]该目的是通过独立权利要求的主题实现的。有利的实施例是从属权利要求、以下说明以及附图的主题。
[0006]本专利技术提出了通过用安全的状态范围来扩展MPC控制，从而解决所描述的问题表述。为此，可以在MPC控制的优化问题中引入额外的辅助条件，例如基于涉及轮胎/路面接触的随机信息。这些辅助条件限制了被允许的系统状态(例如，车辆速度)的范围，使得车辆以指定安全性遵循预定轨迹。特别是，安全状态范围的确定将所有可用的轨迹信息都纳入考虑，而不仅仅是处于预测界限内的部分。尽管会有不确定的规划设定(例如超速)，但本专利技术使得轨迹控制能够确保车辆保持在安全的状态范围内。
[0007]在这方面，根据本专利技术的第一方面，提出了一种处理器单元，用于藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量。
[0008]根据本专利技术的第二方面，提出了一种系统，用于藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量。该系统特别是可以包括传感器单元，该传感器单元被设置用以记录该车辆的环境状态和/或该车辆的状态和/或该车辆的运行状态，以在此基础上生成状态数据记录并且将所述数据记录传输给处理器单元。特别地，传感器单元可以被设置用以通过传感器装置记录轮胎/路面的接触质量，以在此基础上生成摩擦系数数据记录并且将所述数据记录传输给处理器单元。
[0009]根据本专利技术的第三方面，提出了一种车辆，该车辆具有根据本专利技术第二方面的系统。
[0010]根据本专利技术的第四方面，提出了一种方法，用于藉由基于模型的预测控制来确定
车辆致动器的输入变量。
[0011]根据本专利技术的第五方面，提出了一种计算机程序产品，用于藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量。
[0012]下文中将描述本专利技术及其实施例的细节、可选特征、技术效果以及由此产生的优点和可推导解决的技术问题，大部分结合根据本专利技术的第一方面的处理器单元。然而，在适当改变细节的情况下，这些陈述也适用于根据本专利技术第二方面的系统、根据本专利技术第三方面的车辆、根据本专利技术第四方面的方法、以及根据本专利技术第五方面的计算机程序产品。
[0013]因此，处理器单元可以被设置用以藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器的输入变量。在一些实施例中，处理器单元还被设置用以藉由基于模型的预测控制来控制致动器，从而控制车辆。致动器例如可以是影响或控制车辆转向系统的致动器(转向致动器)、影响或控制车辆驱动系统(特别是车辆的内燃机或电动马达)的致动器(驱动致动器)、或者影响或控制车辆制动系统的致动器(制动致动器)。本专利技术及其实施例将主要结合单个致动器予以描述。然而，在适当改变细节的情况下，这些陈述也适用于数个致动器，特别是不同类型的数个致动器。这意味着可以用本专利技术的主题来确定车辆的数个(特别是不同的)致动器的输入变量。此外，致动器可以实时地按照确定的输入变量来进行动作，因此可以控制车辆。特别地，可以控制车辆的方式为使得自主车辆地(也就是说，没有车辆驾驶员干预车辆的转向或控制)、至少是半自主地移动。
[0014]处理器单元可以包括接口。处理器单元可以被设置用以藉由接口访问状态数据记录。
[0015]接口特别是支持数据交换(特别是一方面处理器单元与另一方面传感器单元之间的数据交换)的通信接口。此外，经由接口，处理器单元可以将命令传输给车辆的致动器，例如传输给车辆的转向致动器和/或制动致动器和/或驱动致动器。处理器单元特别是被设置用以藉由接口访问由传感器单元生成的车辆周围区域的拍摄记录，并且将确定的输入变量应用于致动器，或者命令这样的应用，使得车辆以预定安全性遵循预定轨迹。
[0016]例如，状态数据记录可以包含关于车辆当前具体位置的信息。状态数据记录可以表示车辆的环境状态，例如，是否有其他道路使用者位于车辆附近以及位于何处、车辆正在其上移动的路面的状态、或者车辆的外部环境中正处于主导地位的天气类型。替代性地或附加地，状态数据记录可以表示车辆的状态，例如，车辆的当前位置。同样替代性地或附加地，状态数据记录可以表示车辆的运行状态，例如，车辆的当前速度、车辆的当前偏航速率、车辆的当前纵向加速度和侧向加速度、或者车辆的当前侧滑角。
[0017]此外，处理器单元可以被设置用以藉由接口访问车辆的轨迹信息或预定轨迹。预定轨迹可以通过轨迹算法或者通过自主驾驶系统(Autonomous Driving system，简称AD系统)生成。AD系统典型地包括用传感器感知环境的模块，以及规划模块。规划模块可以包括数个级别，例如，相对较大范围的导航级别(例如，数公里；此处可以选择从起点到终点的路线)和相对较小范围的导航级别(例如，取决于车辆的速度，在前方50米至100米内；此处可以选择车辆附近的路径和速度，以确定车辆在交通中如何移动)。规划模块生成轨迹，该轨迹被指定给MPC控制，并且可以作为输入值被下文描述的辅助条件算法访问。
[0018]MPC算法包括模型，藉由该模型基于计算出的致动器的未来输入变量来计算未来的轨迹。将这个计算出的或预测的轨迹与预定的轨迹进行比较，并且通过对致动器的未来
输入变量进行适配来进行最优化，其方式为使得预测的轨迹尽可能地接近预定轨迹。
[0019]处理器单元可以被设置用以执行用于计算辅助条件的辅助条件算法(第一功能块)，以及用于基于模型的预测控制的MPC算法(第二功能块)。为此，处理器单元可以展现单个处理器，该处理器既执行用于确定辅助条件的算法也执行M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器(8、9、10)的输入变量(19)的处理器单元(3)，所述处理器单元(3)包括接口(5)，所述处理器单元(3)被设置用以
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藉由所述接口(5)访问轨迹信息(P)和状态数据记录(17)，所述状态数据记录表示所述车辆(1)的环境状态和/或所述车辆(1)的状态和/或所述车辆(1)的运行状态，
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执行用于计算辅助条件(18)的辅助条件算法(14)，
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执行用于基于模型的预测控制的MPC算法(15)，
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通过执行所述辅助条件算法(14)，根据所述轨迹信息(P)并且根据所述状态数据记录(17)确定用于所述MPC算法(15)的辅助条件(18)，
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通过执行所述MPC算法(15)，根据所述辅助条件(17)确定用于所述车辆(1)的致动器(8、9、10)的输入变量(19)，使得在预测的未来轨迹中所述车辆(1)以预定安全性遵循所述预定轨迹。2.如权利要求1所述的处理器单元(3)，所述状态数据记录(17)包括表示轮胎/路面接触质量的摩擦系数数据记录。3.如权利要求2所述的处理器单元(3)，所述处理器单元(3)被设置用以从传感器单元(6)接收所述摩擦系数数据记录，其中，所述传感器单元(6)通过传感器装置记录所述轮胎/路面的接触质量。4.如权利要求2所述的处理器单元(3)，所述处理器单元(3)被设置用来以统计方式、特别是随机方式确定所述摩擦系数数据记录。5.如前述权利要求之一所述的处理器单元(3)，所述处理器单元(3)被设置用以使所述致动器(8、9、10)按照所述确定的输入变量(19)来进行动作。6.如前述权利要求之一所述的处理器单元(3)，所述处理器单元(3)被设置用以通过执行所述辅助条件算法(14)，根据所述整个预定轨迹确定所述辅助条件(18)。7.一种用于藉由基于模型的预测控制来确定车辆致动器(8、9、10)的输入变量的系统(2)，所述系统(2)包括如前述权利要求之一所述的处理器单元(3)。8.如权利要求7所述的系统(2)，所述系统(2)进一步包括传感器单元(6)，所述传感器单元(6)被设置用以记录所述车辆(1)的环境状态和/或所述车辆(1)的状态和/或所述车辆(1)的运行状态，以在此基础上生成所述状态数据记录并且将所述数据记录传输给所述处理器单元(3)。9.如权利要求8所述的系统(2)，所述传感器单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：采埃孚股份公司，
类型：发明
国别省市：