一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法及系统，涉及智能汽车技术领域，包括：通过自适应滤波器对人机共驾车辆的车速进行滤波；通过线性扩张状态观测器基于滤波后的车速获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；PD控制器根据状态预估和扰动预估计算车速控制系统的驱动力或制动力；根据驱动力或制动力查询预标定的油门刹车与驱动力、制动力关系表，获取油门开度或刹车开度，实现对人机共驾车辆的车速控制。本发明专利技术假设车速控制系统模型为积分串联型，将实际模型与积分串联型之间的差异视作内扰，并将其他外部干扰作为外扰（如风力变化，坡度变化），通过预估内扰与外扰的总和，并通过PD控制快速补偿来提升车速控制过程的抗干扰能力。的抗干扰能力。的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法及系统


[0001]本专利技术属于智能汽车
，尤其是涉及一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着社会经济飞速发展，人民生活水平不断提高，汽车成为日常生活中的必需品。而汽车保有量的不断增加，也引发了交通拥堵，交通事故增加等问题。智能汽车作为提高日常交通通行效率和安全性的关键解决方案，自然成为了现代汽车工业的研究重点。
[0003]目前，无论在高级别自动驾驶或者目前已普遍落地应用的辅助驾驶解决方案中，车速自动控制都是其中不可或缺且极为关键的一环，已落地的车速自动控制解决方案包括车速直接闭环PID控制，增量式PID控制，以及加速度开环速度闭环PID控制等。
[0004]作为工业领域应用最为广泛的控制方法，PID控制凭借其简单的结构，丰富的调参方法在传统车速控制中被大量使用。但是其自身固有的缺陷也带来了鲁棒性差，容易出现饱和等问题。更重要的是PID这种基于误差的反馈来消除误差的方法，其控制输出往往滞后于扰动，即扰动（例如车辆载重变化或者道路坡度变化等）已经带来了影响再去消除它。为了更好得抵抗干扰，工程师往往选择增大PID中的比例参数，而这又可能引起系统震荡。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出了一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法及系统，针对智能汽车车速控制过程中的扰动问题，通过扰动观测器在干扰出现的初期快速进行补偿，从而提升车速控制系统的抗干扰能力，实现人机共驾车速控制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，包括：基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数，自适应滤波器基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波；通过线性扩张状态观测器基于滤波后的车速获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；PD控制器根据所述状态预估和扰动预估计算所述车速控制系统的驱动力或制动力；根据所述驱动力或制动力查询预标定的油门刹车与驱动力、制动力关系表，获取油门开度或刹车开度，实现对人机共驾车辆的车速控制。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数，包括：当所述加速度的绝对值大于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.3；当所述加速度的绝对值小于或等于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.05；自适应滤波器基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波，公式为：
其中，y
A
表示当前时刻的车速滤波值；y
A
_old表示上一时刻的车速滤波值；x
A
表示当前时刻的车速测量值；表示滤波参数。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述通过线性扩张状态观测器获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；包括：假设车速控制系统模型为积分串联标准型，将所述车速控制系统的实际模型与积分串联标准型之间的误差视作内扰，建立所述车速控制系统的线性扩张状态方程为：其中，表示车速控制系统状态的微分；x表示车速控制系统当前时刻的状态，x=[x1 x2 x3]T
，x1为当前时刻的车速，x2为当前时刻的加速度，x3为扩张状态，即当前时刻的总扰动；表示车速控制系统总扰动的微分；u表示当前时刻输入人机共驾车辆的驱动力或制动力；y表示当前时刻人机共驾车辆输出的车速；A、B、E、C均为系统参数，且：其中，b0 为人机共驾车辆整车质量的倒数；对应得到所述线性扩张状态观测器的特征方程为：其中，表示车速控制系统状态预估的微分；z表示车速控制系统当前时刻的状态预估，z=[z1 z2 z3]T
，z1为当前时刻的车速预估，z2为当前时刻的加速度预估，z3为当前时刻的总扰动预估；u表示当前时刻输入人机共驾车辆的驱动力或制动力；L表示线性扩张状态观测器的反馈增益矩阵；表示当前时刻人机共驾车辆输出车速的预估值。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，
将所述线性扩张状态观测器的特征方程的极点设置在同一位置
‑
w0处，简化所述线性扩张状态观测器的调参，得到矩阵L的取值为：L=[3w0 3w0
2 w0
3 ]T
其中，w0表示线性扩张状态观测器的带宽。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述PD控制器根据所述状态预估和扰动预估计算所述车速控制系统的驱动力或制动力；包括：先根据所述车速控制系统接收上游规划模块输入的目标车速和目标加速度，基于PD控制、所述目标车速、所述目标加速度和所述状态预估，计算输入车辆的基础驱动力或制动力，公式为：其中，u0表示下一时刻输入人机共驾车辆的基础驱动力或制动力；vr、分别表示目标车速和目标加速度；P、D分别表示比例系数和微分系数；z1、z2分别为当前时刻的车速预估和当前时刻的加速度预估，z1、z2共同组成状态预估；再根据下一时刻输入人机共驾车辆的所述基础驱动力或制动力，结合所述扰动预估，计算下一时刻输入人机共驾车辆的最终驱动力或制动力，公式为：u1=(u0
‑
z3)/b0其中，u1表示下一时刻输入人机共驾车辆的最终驱动力或制动力；z3为当前时刻的总扰动预估；b0为人机共驾车辆整车质量的倒数。
[0011]本专利技术还提供了一种基于自抗扰的人机共驾车速控制系统，包括：自适应滤波器、线性扩张状态观测器、PD控制器及油门刹车与驱动力、制动力关系表；所述自适应滤波器，用于：基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数；基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波；所述线性扩张状态观测器，用于：基于滤波后的车速获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；所述PD控制器，用于：根据所述状态预估和扰动预估计算所述车速控制系统的驱动力或制动力；所述油门刹车与驱动力、制动力关系表，用于：根据计算得到的所述驱动力或制动力查询所述油门刹车与驱动力、制动力关系表，获取油门开度或刹车开度，实现对人机共驾车辆的车速控制。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数，包括：
当所述加速度的绝对值大于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.3；当所述加速度的绝对值小于或等于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.05；自适应滤波器基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波，公式为：其中，y
A
表示当前时刻的车速滤波值；y
A
_old表示上一时刻的车速滤波值；x
A
表示当前时刻的车速测量值；表示滤波参数。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，基于滤波后的车速获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；包括：假设车速控制系统模型为积分串联标准型，将所述车速控制系统的实际模型与积分串联标准型之间的误差视作内扰，建立所述车速控制系统的线性扩张状态方程为：其中，表示车速控制系统状态的微分；x表示车速控制系统当前时刻的状态，x=[x1 x2 x3]T
，x1为当前时刻的车速，x2为当前时刻的加速度，x3为扩张状态，即当前时刻的总扰动；表示车速控制系统总扰动的微分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，其特征在于，包括：基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数，自适应滤波器基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波；通过线性扩张状态观测器基于滤波后的车速获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；PD控制器根据所述状态预估和扰动预估计算所述车速控制系统的驱动力或制动力；根据所述驱动力或制动力查询预标定的油门刹车与驱动力、制动力关系表，获取油门开度或刹车开度，实现对人机共驾车辆的车速控制。2.根据权利要求1所述的基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，其特征在于：所述基于人机共驾车辆的实时加速度确定滤波参数，包括：当所述加速度的绝对值大于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.3；当所述加速度的绝对值小于或等于0.5m/s2时，滤波参数取值为0.05；自适应滤波器基于确定的所述滤波参数对人机共驾车辆的车速进行滤波，公式为：其中，y
A
表示当前时刻的车速滤波值；y
A
_old表示上一时刻的车速滤波值；x
A
表示当前时刻的车速测量值；表示滤波参数。3.根据权利要求1所述的基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，其特征在于：所述通过线性扩张状态观测器获取车速控制系统的状态预估和扰动预估；包括：假设车速控制系统模型为积分串联标准型，将所述车速控制系统的实际模型与积分串联标准型之间的误差视作内扰，建立所述车速控制系统的线性扩张状态方程为：其中，表示车速控制系统状态的微分；x表示车速控制系统当前时刻的状态，x=[x1 x2 x3]
T
，x1为当前时刻的车速，x2为当前时刻的加速度，x3为扩张状态，即当前时刻的总扰动；表示车速控制系统总扰动的微分；y表示当前时刻人机共驾车辆输出的车速；A、B、E、C均为系统参数，且：其中，b0 为人机共驾车辆整车质量的倒数；
对应得到所述线性扩张状态观测器的特征方程为：其中，表示车速控制系统状态预估的微分；z表示车速控制系统当前时刻的状态预估，z=[z1 z2 z3]
T
，z1为当前时刻的车速预估，z2为当前时刻的加速度预估，z3为当前时刻的总扰动预估；u表示当前时刻输入人机共驾车辆的驱动力或制动力；L表示线性扩张状态观测器的反馈增益矩阵；表示当前时刻人机共驾车辆输出车速的预估值。4.根据权利要求3所述的基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，其特征在于：将所述线性扩张状态观测器的特征方程的极点设置在同一位置
‑
w0处，简化所述线性扩张状态观测器的调参，得到矩阵L的取值为：L=[3w0 3w0
2 w0
3 ]
T
其中，w0表示线性扩张状态观测器的带宽。5.根据权利要求1所述的基于自抗扰的人机共驾车速控制方法，其特征在于：所述PD控制器根据所述状态预估和扰动预估计算所述车速控制系统的驱动力或制动力；包括：先根据所述车速控制系统接收上游规划模块输入的目标车速和目标加速度，基于PD控制、所述目标车速、所述目标加速度和所述状态预估，计算输入车辆的基础驱动力或制动力，公式为：其中，u0表示下一时刻输入人机共驾车辆的基础驱动力或制动力；vr、分别表示目标车速和目标加速度；P、D分别表示比例系数和微分系数；z1、z2分别为当前时刻的车速预估和当前时刻的加速度预估，z1、z2共同组成状态预估；再根据下一时刻输入人机共驾车辆的所述基础驱动力或制动力，结合所述扰动预估，计算下一时刻输入人机共驾车辆的最终驱动力或制动力，公式为：u1=(u0
‑
z3)/b0其中，u1表示下一时刻输入人机共驾车辆的最终驱动力或制动力；z3为当前时刻的总扰动预估；b0为人机共驾车辆整车质量的倒数。6.一种基于自抗扰的人机共驾车速控...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐嘉伟，邓楚翎，朱子龙，张延娥，裴迪，
申请(专利权)人：北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：