【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及自動駕駛，具體為一種汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)逐步朝著智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化發(fā)展，駕駛方式由傳統(tǒng)的有人駕駛逐步發(fā)展為無人智能駕駛，因此對汽車行駛的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。線控底盤是智能駕駛汽車的重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保障著智能駕駛汽車行駛安全。根據(jù)我國發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，提出亟需突破汽車線控底盤關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用。線控底盤具有提高行車安全，提高用戶駕駛體驗感，支持高等級自動駕駛和降低碳排放的優(yōu)點(diǎn)。
2、高等級智能駕駛是智能駕駛汽車發(fā)展的必由之路，是汽車由傳統(tǒng)物理系統(tǒng)轉(zhuǎn)向信息物理系統(tǒng)的重要標(biāo)志。線控底盤是高等級智能駕駛必不可少的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但是線控底盤取消了部分機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，利用電信號替代機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，線控底盤的傳感器會由于各種復(fù)雜原因發(fā)生故障，導(dǎo)致線控底盤機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，導(dǎo)致線控底盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性降低，難以完全保障汽車行車安全。因此，需要對線控底盤結(jié)構(gòu)及其控制策略進(jìn)行冗余容錯，增強(qiáng)線控底盤可靠性和智能駕駛汽車行駛安全性。
3、現(xiàn)階段的線控底盤無法滿足無人智能駕駛汽車的安全性和可靠性需求，存在魯棒性低，安全性和可靠性低等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、1.需要解決的技術(shù)問題
2、鑒于現(xiàn)有線控底盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)魯棒性低，安全性和可靠性低等問題，本專利技術(shù)提出一種汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)及其應(yīng)用。
3、2.
4、為了達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)，所述汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)包括依次連接的整車傳感器單元、汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器、汽車線控底盤冗余集成控制器、汽車線控底盤執(zhí)行控制器、汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和通訊子系統(tǒng)，其中所述電源子系統(tǒng)為汽車提供電力能源，所述通訊子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，所述整車傳感器單元提供傳感器信號并監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)，所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器為所述汽車線控底盤冗余集成控制器提供車輛穩(wěn)定性控制參數(shù)，所述汽車線控底盤冗余集成控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器提供理想執(zhí)行參數(shù)，所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)提供執(zhí)行動作。
5、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述電源子系統(tǒng)包括主電源模塊和冗余電源模塊，所述主電源模塊和冗余電源模塊互為冗余。
6、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述通訊子系統(tǒng)包括主通訊模塊和冗余通訊模塊，所述主通訊模塊和冗余通訊模塊互為冗余。
7、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述整車傳感器單元包括視覺相機(jī)、輪速傳感器、縱向加速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，所述視覺相機(jī)用于獲取道路環(huán)境信息，所述輪速傳感器用于獲取汽車輪速信息，所述縱向加速度傳感器用于獲取汽車行駛縱向加速度信息，所述側(cè)向加速度傳感器用于獲取汽車行駛側(cè)向加速度信息，所述橫擺角速度傳感器用于獲取汽車橫擺角速度信息，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于獲取汽車方向盤轉(zhuǎn)角信息，所述整車傳感器單元將獲取到的信息發(fā)送到所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器。
8、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器包括基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器、基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器和汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器，所述基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器通過左視覺相機(jī)、右視覺相機(jī)進(jìn)行圖像采集并通過視覺空間原理和特征檢測及車輛狀態(tài)估計算法實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器通過車輛運(yùn)動學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器通過汽車動力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計。
9、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器包括左視覺相機(jī)、右視覺相機(jī)和車速估計器，并具有互為冗余功能，能夠在其中一個視覺相機(jī)故障下，依然實(shí)現(xiàn)汽車速估計，所述基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器包括整車傳感器正常下汽車行駛狀態(tài)估計、橫擺角速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計或側(cè)向加速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計，所述汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器包括整車傳感器正常下汽車行駛狀態(tài)估計、橫擺角速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計或側(cè)向加速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計。
10、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器包括傳感器正常汽車行駛狀態(tài)估計器和橫擺角速度/側(cè)向加速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計器，所述傳感器正常汽車行駛狀態(tài)估計器包括車輛七自由度動力學(xué)模型、輪胎力估計模型和車輛行駛狀態(tài)估計器，所述橫擺角速度/側(cè)向加速度傳感器失效汽車行駛狀態(tài)估計器包括車輛七自由度動力學(xué)模型、輪胎力容錯估計模型和車輛行駛狀態(tài)估計器。
11、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述汽車線控底盤冗余集成控制器包括冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器和冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器包括車輛二自由度參考模型、汽車行駛穩(wěn)定性集成控制器、橫擺力矩優(yōu)化分配策略和輪胎力閉環(huán)控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器包括冗余線控底盤軌跡跟蹤自適應(yīng)魯棒控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器、附加橫擺力矩優(yōu)化分配策略，所述冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器包括冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控制動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控驅(qū)動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器和冗余線控制動轉(zhuǎn)向執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器。
12、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述冗余線控底盤軌跡跟蹤自適應(yīng)魯棒控制器包括三自由度動力學(xué)模型和路徑跟蹤模型，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器包括三自由動力學(xué)模型、二自由動力學(xué)模型、自適應(yīng)魯棒直接橫擺力矩控制器、自適應(yīng)魯棒前輪轉(zhuǎn)角控制器。
13、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器包括冗余線控液壓制動執(zhí)行控制器、冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器和冗余線控驅(qū)動執(zhí)行控制器，所述冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器、所述冗余線控液壓制動執(zhí)行控制器及所述冗余線控驅(qū)動執(zhí)行控制器均包括互為冗余的主控制器和冗余控制器。
14、在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)包括：冗余線控轉(zhuǎn)向模塊、冗余線控液壓制動模塊和冗余線控驅(qū)動模塊，所述冗余線控轉(zhuǎn)向模塊包括主轉(zhuǎn)向電機(jī)、冗余轉(zhuǎn)向電機(jī)、主減速機(jī)構(gòu)、冗余減速機(jī)構(gòu)、主傳動機(jī)構(gòu)、冗余傳動機(jī)構(gòu)、主電磁離合器、冗余電磁離合器、主齒輪、冗余齒輪、齒條和車輪，其中所述主轉(zhuǎn)向電機(jī)、所述主減速機(jī)構(gòu)、所述主傳動機(jī)構(gòu)、所述主電磁離合器、所述主齒輪、所述齒條和所述車輪之間依次連接，形成主傳動執(zhí)行裝置，所述冗余轉(zhuǎn)向電機(jī)、所述冗余減速機(jī)構(gòu)、所述冗余傳動機(jī)構(gòu)、所述冗余電磁離合器、所述冗余齒輪、所述齒條和所述車輪之間依次連接，形成冗余傳動執(zhí)行裝置，所述主傳動執(zhí)行裝置和所述冗余傳動整體執(zhí)行裝置互為冗余，所述冗余線控液壓制動本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)包括依次連接的整車傳感器單元、汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器、汽車線控底盤冗余集成控制器、汽車線控底盤執(zhí)行控制器、汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和通訊子系統(tǒng)，其中所述電源子系統(tǒng)為汽車提供電力能源，所述通訊子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，所述整車傳感器單元提供傳感器信號并監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)，所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器為所述汽車線控底盤冗余集成控制器提供車輛穩(wěn)定性控制參數(shù)，所述汽車線控底盤冗余集成控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器提供理想執(zhí)行參數(shù)，所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)提供執(zhí)行動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述電源子系統(tǒng)包括主電源模塊和冗余電源模塊，所述主電源模塊和冗余電源模塊互為冗余。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述通訊子系統(tǒng)包括主通訊模塊和冗余通訊模塊，所述主通訊模塊和冗余通訊模塊互為冗余。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述整車傳感器單元包括視覺相機(jī)、輪速傳感器、縱向加速度傳感器、側(cè)向
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器包括基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器、基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器和汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器，所述基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器通過左視覺相機(jī)、右視覺相機(jī)進(jìn)行圖像采集并通過視覺空間原理和特征檢測及車輛狀態(tài)估計算法實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器通過車輛運(yùn)動學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器通過汽車動力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車線控底盤冗余集成控制器包括冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器和冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器包括車輛二自由度參考模型、汽車行駛穩(wěn)定性集成控制器、橫擺力矩優(yōu)化分配策略和輪胎力閉環(huán)控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器包括冗余線控底盤軌跡跟蹤自適應(yīng)魯棒控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器、附加橫擺力矩優(yōu)化分配策略，所述冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器包括冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控制動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控驅(qū)動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器和冗余線控制動轉(zhuǎn)向執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器包括冗余線控液壓制動執(zhí)行控制器、冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器和冗余線控驅(qū)動執(zhí)行控制器，所述冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器、所述冗余線控液壓制動執(zhí)行控制器及所述冗余線控驅(qū)動執(zhí)行控制器均包括互為冗余的主控制器和冗余控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)包括：冗余線控轉(zhuǎn)向模塊、冗余線控液壓制動模塊和冗余線控驅(qū)動模塊，所述冗余線控轉(zhuǎn)向模塊包括主轉(zhuǎn)向電機(jī)、冗余轉(zhuǎn)向電機(jī)、主減速機(jī)構(gòu)、冗余減速機(jī)構(gòu)、主傳動機(jī)構(gòu)、冗余傳動機(jī)構(gòu)、主電磁離合器、冗余電磁離合器、主齒輪、冗余齒輪、齒條和車輪，其中所述主轉(zhuǎn)向電機(jī)、所述主減速機(jī)構(gòu)、所述主傳動機(jī)構(gòu)、所述主電磁離合器、所述主齒輪、所述齒條和所述車輪之間依次連接，形成主傳動執(zhí)行裝置，所述冗余轉(zhuǎn)向電機(jī)、所述冗余減速機(jī)構(gòu)、所述冗余傳動機(jī)構(gòu)、所述冗余電磁離合器、所述冗余齒輪、所述齒條和所述車輪之間依次連接，形成冗余傳動執(zhí)行裝置，所述主傳動執(zhí)行裝置和所述冗余傳動整體執(zhí)行裝置互為冗余，所述冗余線控液壓制動模塊包括人力制動單元、主制動單元、冗余制動單元和調(diào)壓單元，所述人力制動單元、所述主制動單元、所述冗余制動單元均與所述調(diào)壓單元連接，所述主制動單元和所述冗余制動單元互為冗余，所述調(diào)壓單元包括前左輪、前右輪、后左輪、后右輪、4個進(jìn)液閥、4個出液閥和4個壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)壓。所述冗余線控驅(qū)動模塊包括總控制器、4個車輪驅(qū)動執(zhí)行電機(jī)控制器、4個驅(qū)動執(zhí)行電機(jī)、4個減速器和4個車輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車線控底盤多模冗余集成控制系統(tǒng)包括依次連接的整車傳感器單元、汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器、汽車線控底盤冗余集成控制器、汽車線控底盤執(zhí)行控制器、汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和通訊子系統(tǒng)，其中所述電源子系統(tǒng)為汽車提供電力能源，所述通訊子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，所述整車傳感器單元提供傳感器信號并監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)，所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器為所述汽車線控底盤冗余集成控制器提供車輛穩(wěn)定性控制參數(shù)，所述汽車線控底盤冗余集成控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器提供理想執(zhí)行參數(shù)，所述汽車線控底盤執(zhí)行控制器為所述汽車線控底盤執(zhí)行子系統(tǒng)提供執(zhí)行動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述電源子系統(tǒng)包括主電源模塊和冗余電源模塊，所述主電源模塊和冗余電源模塊互為冗余。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述通訊子系統(tǒng)包括主通訊模塊和冗余通訊模塊，所述主通訊模塊和冗余通訊模塊互為冗余。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述整車傳感器單元包括視覺相機(jī)、輪速傳感器、縱向加速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，所述視覺相機(jī)用于獲取道路環(huán)境信息，所述輪速傳感器用于獲取汽車輪速信息，所述縱向加速度傳感器用于獲取汽車行駛縱向加速度信息，所述側(cè)向加速度傳感器用于獲取汽車行駛側(cè)向加速度信息，所述橫擺角速度傳感器用于獲取汽車橫擺角速度信息，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于獲取汽車方向盤轉(zhuǎn)角信息，所述整車傳感器單元將獲取到的信息發(fā)送到所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計器包括基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器、基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器和汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器，所述基于視覺空間信息的汽車行駛狀態(tài)估計器通過左視覺相機(jī)、右視覺相機(jī)進(jìn)行圖像采集并通過視覺空間原理和特征檢測及車輛狀態(tài)估計算法實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述基于運(yùn)動學(xué)原理的汽車行駛狀態(tài)容錯估計器通過車輛運(yùn)動學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計，所述汽車行駛狀態(tài)動力學(xué)容錯重構(gòu)估計器通過汽車動力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)容錯重構(gòu)估計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述汽車線控底盤冗余集成控制器包括冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器和冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性廣義力多閉環(huán)集成控制器包括車輛二自由度參考模型、汽車行駛穩(wěn)定性集成控制器、橫擺力矩優(yōu)化分配策略和輪胎力閉環(huán)控制器，所述冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器包括冗余線控底盤軌跡跟蹤自適應(yīng)魯棒控制器、冗余線控底盤行駛穩(wěn)定性自適應(yīng)魯棒控制器、附加橫擺力矩優(yōu)化分配策略，所述冗余線控底盤執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器包括冗余線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控制動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器、冗余線控驅(qū)動執(zhí)行故障行駛穩(wěn)定性容錯控制器和冗余線控制動轉(zhuǎn)向執(zhí)行...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李靜，羅進(jìn)，高敏，
申請(專利權(quán))人：燕山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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