[发明专利]一种无人车双闭环纵向控制方法、系统及设备

权利要求书

1.一种无人车双闭环纵向控制方法，其特征在于，过程如下：

计算速度和加速度的平滑参考；根据原始速度指令v_cmd变化率的不同，采用松耦合模式和紧耦合模式计算内部平滑参考v_in；

构建速度外环—加速度内环的双闭环PID控制器：以平滑后的内部平滑参考v_in和实际车速v的偏差作为输入构建PID速度外环，以外环输出的期望加速度a_e和实际加速度a的偏差作为输入分别构建PID加速度-油门内环和加速度-制动内环；

PID速度环引入平滑前馈，补偿速度变化扰动，利用先验的前馈控制消除控制变量的大部分变化，再通过PID反馈控制消除剩余扰动影响，得到PID速度环输出；

PID加速度-油门环引入模糊逻辑，构建模糊PID控制器，根据实验标定数据和专家经验将PID加速度-油门环的输入和输出进行模糊化，得到加速度-油门环的模糊规则；

基于所述加速度-油门环的模糊规则，根据车辆当前车速v_c和当前加速度a_c，进行映射，获取当前状态对应的模糊输出；

采用重心法对所述模糊输出去模糊化，对模糊集合的面积重心相应的输出进行解算，获得加速度-油门环PID参数，依据车辆实时加速度反馈调节油门开度，使得无人车始终跟踪期望加速度；计算速度和加速度的平滑参考；根据原始速度指令v_cmd变化率的不同，采用松耦合模式和紧耦合模式计算内部平滑参考v_in具体如下：

松耦合模式：内部加速度a_in的计算式是关于内部变加速度j_in的比例函数，内部变加速度j_in根据速度误差差分计算，同时，内部加速度a_in和内部变加速度j_in的计算满足加速度、减速度、变加速度等运动学约束；

根据生成的内部参考加速度a_in积分计算出内部参考速度v_in：

v_in＝v_in0+∫a_indt

在紧耦合模式，采用低通滤波对原始运动指令v_cmd及其变化率进行转换，滤除高频噪声波动：

直接采用滤波后的速度和加速度作为内部参考速度v_in和内部参考加速度a_in；

耦合模式切换条件；当满足下述三条要求时，系统进入紧耦合模式；否则，系统进入松耦合模式；

1)在过去的预设时间段内，速度指令阶跃小于预设：‖Δv_cmd(t)‖＜0.2m/s；

2)速度变化率均在加减速极限a_ul,a_ll范围内：a_ll＜δv_cmd＜a_ul；

3)当前内部平滑速度v_in与原始速度指令v_cmd差值在设定速度差内；

加速度、减速度、变加速度等运动学约束为：

其中，K_a是平滑加速度比例，a_ul,a_ll是加速度约束的上限和下限，j_ul,j_ll是变加速度约束的上限和下限。