智联网汽车技术 课件 9.2.2车辆控制-横向运动控制认知

项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术车辆控制-横向运动控制认知课程导入转向控制对于汽车驾驶的重要性。学习目标说出横向运动控制的概念01辨别不同的横向运动控制实现方式02激活旧知在自动驾驶汽车测试过程中，当车辆进入一个急弯时，应该控制汽车的哪个方向的运动？控制汽车的转向运动探索新知横向运动控制主要指车辆转向控制，目标是使车辆自动保持期望的行车路线，同时提供良好的乘坐舒适性和稳定性。在进行横向运动控制时，我们可以使用基于驾驶员模拟的方法或者基于车辆动力学模型的方法。横向运动控制的基本情况探索新知使用较简单的运动力学模型和驾驶员操纵规则设计控制器。01是用驾驶员操纵过程的数据训练控制器获取控制算法。02基于驾驶员模拟的方法探索新知基于运动力学模型的方法要建立较精确的汽车横向运动模型。01典型模型是所谓单轨模型，或称为自行车模型，也就是认为汽车左右两侧特性相同。02基于运动力学模型的方法探索新知典型的横向控制系统结构如图所示。控制目标一般是车中心与路中心线间的偏移量，同时受舒适性等指标约束。基于运动力学模型的方法探索新知基本原理01横向运动控制通过车载传感器感知环境。02利用全球定位系统(GPS)提取车辆相对于期望行驶路径的位置信息。03根据设定的控制逻辑，计算车辆转向盘的转角控制量，以便让车辆沿着期望路径自主行驶。探索新知基本原理根据环境感知传感系统的不同，智能汽车横向运动控制系统可分为非前瞻式参考系统和前瞻式参考系统。非前瞻式参考系统是通过计算车辆附近的期望道路与车辆之间的横向位置偏差来控制车辆实现道路跟踪；非前瞻式参考系统探索新知基本原理前瞻式参考系统则是通过测量车辆前方的期望道路与车辆之间的横向位置偏差来控制车辆实现自动转向，类似于驾驶员的开车行为。前瞻式参考系统探索新知基本原理按照智能网联汽车横向运动控制的设计方法不同，可分为基于模型的系统控制方法和无模型的系统控制方法。该方法的基础是利用物理定律或系统辨识，建立车辆系统的数学模型。然后根据车辆当前状态和规划的期望行驶路径或运动参数（如速度、加速度、角度等）之间的偏差，求解出与其相对应的控制输入参数（如转向角），进而实现实时控制。模型的系统控制方法探索新知基本原理该方法依赖于精确的数学模型，当所建模型与车辆的实际行驶特性存在差异时，往往难以获得令人满意的跟踪控制效果。模型的系统控制方法无模型的系统控制方法该方法的基本思想是将车辆系统作为一个“黑匣子”，只利用系统的输入输出信息设计控制器，其控制器结构不依赖于受控对象动力学特性的结构，适用于复杂的非线性系统。探索新知基本原理无模型的系统控制方法该方法不需要车辆动力学的精确模型，利用驾驶人操纵输入与车辆响应输出的直接关系设计控制器，进而实现车辆状态的跟踪控制。但是，基于该方法在控制稳定性和可优化性方面还需进一步提升。探索新知实现方式01感知系统感知外部环境信息，并利用轨迹规划算法设计合理的行驶路径。.02结合车辆动力学参数和车身状态信息，计算当前车辆行驶状况，作为转向控制系统的输入。输入处理控制输出探索新知实现方式03转向控制系统根据预期轨迹和车辆本身的状态信息，计算相应的转向盘转角控制量。04主动转向执行系统控制车辆做转向运动，实现自动转向功能。实现方式如图所示小测试即时检测1.横向运动控制的目标是控制汽车的转向运动。2.横向运动控制只能通过建立运动学模型实现。3.GPS是横向运动控制的输出。4.前瞻参考系统利用车道电