智聯(lián)網(wǎng)汽車技術(shù) 課件 9.2.2車輛控制-橫向運(yùn)動(dòng)控制認(rèn)知

項(xiàng)目三汽車決策控制系統(tǒng)任務(wù)9協(xié)同控制系統(tǒng)主講人：周磊智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)車輛控制-橫向運(yùn)動(dòng)控制認(rèn)知課程導(dǎo)入轉(zhuǎn)向控制對(duì)于汽車駕駛的重要性。學(xué)習(xí)目標(biāo)說出橫向運(yùn)動(dòng)控制的概念01辨別不同的橫向運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)方式02激活舊知在自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試過程中，當(dāng)車輛進(jìn)入一個(gè)急彎時(shí)，應(yīng)該控制汽車的哪個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)？控制汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)探索新知橫向運(yùn)動(dòng)控制主要指車輛轉(zhuǎn)向控制，目標(biāo)是使車輛自動(dòng)保持期望的行車路線，同時(shí)提供良好的乘坐舒適性和穩(wěn)定性。在進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，我們可以使用基于駕駛員模擬的方法或者基于車輛動(dòng)力學(xué)模型的方法。橫向運(yùn)動(dòng)控制的基本情況探索新知使用較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型和駕駛員操縱規(guī)則設(shè)計(jì)控制器。01是用駕駛員操縱過程的數(shù)據(jù)訓(xùn)練控制器獲取控制算法。02基于駕駛員模擬的方法探索新知基于運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的方法要建立較精確的汽車橫向運(yùn)動(dòng)模型。01典型模型是所謂單軌模型，或稱為自行車模型，也就是認(rèn)為汽車左右兩側(cè)特性相同。02基于運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的方法探索新知典型的橫向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。控制目標(biāo)一般是車中心與路中心線間的偏移量，同時(shí)受舒適性等指標(biāo)約束?；谶\(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的方法探索新知基本原理01橫向運(yùn)動(dòng)控制通過車載傳感器感知環(huán)境。02利用全球定位系統(tǒng)(GPS)提取車輛相對(duì)于期望行駛路徑的位置信息。03根據(jù)設(shè)定的控制邏輯，計(jì)算車輛轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角控制量，以便讓車輛沿著期望路徑自主行駛。探索新知基本原理根據(jù)環(huán)境感知傳感系統(tǒng)的不同，智能汽車橫向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可分為非前瞻式參考系統(tǒng)和前瞻式參考系統(tǒng)。非前瞻式參考系統(tǒng)是通過計(jì)算車輛附近的期望道路與車輛之間的橫向位置偏差來控制車輛實(shí)現(xiàn)道路跟蹤；非前瞻式參考系統(tǒng)探索新知基本原理前瞻式參考系統(tǒng)則是通過測(cè)量車輛前方的期望道路與車輛之間的橫向位置偏差來控制車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，類似于駕駛員的開車行為。前瞻式參考系統(tǒng)探索新知基本原理按照智能網(wǎng)聯(lián)汽車橫向運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)方法不同，可分為基于模型的系統(tǒng)控制方法和無模型的系統(tǒng)控制方法。該方法的基礎(chǔ)是利用物理定律或系統(tǒng)辨識(shí)，建立車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。然后根據(jù)車輛當(dāng)前狀態(tài)和規(guī)劃的期望行駛路徑或運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度、加速度、角度等）之間的偏差，求解出與其相對(duì)應(yīng)的控制輸入?yún)?shù)（如轉(zhuǎn)向角），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。模型的系統(tǒng)控制方法探索新知基本原理該方法依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)所建模型與車輛的實(shí)際行駛特性存在差異時(shí)，往往難以獲得令人滿意的跟蹤控制效果。模型的系統(tǒng)控制方法無模型的系統(tǒng)控制方法該方法的基本思想是將車輛系統(tǒng)作為一個(gè)“黑匣子”，只利用系統(tǒng)的輸入輸出信息設(shè)計(jì)控制器，其控制器結(jié)構(gòu)不依賴于受控對(duì)象動(dòng)力學(xué)特性的結(jié)構(gòu)，適用于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。探索新知基本原理無模型的系統(tǒng)控制方法該方法不需要車輛動(dòng)力學(xué)的精確模型，利用駕駛?cè)瞬倏v輸入與車輛響應(yīng)輸出的直接關(guān)系設(shè)計(jì)控制器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)的跟蹤控制。但是，基于該方法在控制穩(wěn)定性和可優(yōu)化性方面還需進(jìn)一步提升。探索新知實(shí)現(xiàn)方式01感知系統(tǒng)感知外部環(huán)境信息，并利用軌跡規(guī)劃算法設(shè)計(jì)合理的行駛路徑。.02結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)和車身狀態(tài)信息，計(jì)算當(dāng)前車輛行駛狀況，作為轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的輸入。輸入處理控制輸出探索新知實(shí)現(xiàn)方式03轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)期軌跡和車輛本身的狀態(tài)信息，計(jì)算相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角控制量。04主動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)控制車輛做轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。實(shí)現(xiàn)方式如圖所示小測(cè)試即時(shí)檢測(cè)1.橫向運(yùn)動(dòng)控制的目標(biāo)是控制汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。2.橫向運(yùn)動(dòng)控制只能通過建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)。3.GPS是橫向運(yùn)動(dòng)控制的輸出。4.前瞻參考系統(tǒng)利用車道電