一种面向复杂路况的智能驾驶决策控制系统的制作方法

本发明涉及智能驾驶与车辆底盘动力学控制，具体涉及一种面向复杂路况的智能驾驶决策控制系统。

背景技术：

1、当下智能车辆逐步普及，车辆行驶场景覆盖城市铺装道路、乡村碎石路、坑洼越野路面等多种复杂路况，路面颠簸冲击、车轮载荷持续波动会同步引发车身侧倾、俯仰、横摆等多维度姿态变化，直接作用于悬架、动力驱动与转向三大核心系统。现阶段车载电控系统大多独立开发，悬架阻尼调节、驱动扭矩控制、电动转向助力分属不同控制器，仅依靠单一传感器采集局部数据开展独立调控。车辆行驶在坑洼、非铺装路面时，路面振动会同步造成车轮抓地力衰减、转向出现路面反冲干扰，单一系统单独调控无法兼顾车身稳定、驱动防滑与转向手感，整车行驶平顺性、操控一致性难以得到统一保障，由此需要一套可实现多系统耦合协同的智能驾驶决策控制方案适配复杂路况行驶需求。

2、现有车辆电控控制方案存在许多不足：感知数据缺乏统一时空基准，悬架、动力、转向控制器分别搭配独立传感器，各信号采样频率、坐标体系、时间戳互不统一，多源振动、载荷、车身姿态数据无法同步匹配，路面冲击信号传递存在时序偏差，各系统调控动作出现滞后错位。现有技术未根据路况振动特征动态分配控制权重，平整路面与重度颠簸路面采用固定控制参数，复杂路况下无法自动区分悬架、动力、转向的调控优先级，难以针对性抑制颠簸带来的各类扰动。三大控制系统仅做独立闭环调控，不存在耦合联动逻辑，悬架抑制车身振动时不会同步修正驱动扭矩补偿俯仰运动，转向系统应对路面反冲时也无法结合车身侧倾状态做增益补偿，单一维度调节会产生相互干涉。路况分级判定仅依靠简单振动幅值，未结合车轮载荷波动修正阈值，颠簸等级识别精度不足，无法精准切换耦合控制与常规独立控制模式。

3、综上，现有车载控制系统在多源感知数据同步处理、路况自适应权重分配、多执行系统耦合协同控制层面存在明显不足，单一独立调控模式难以适配频谱跨度大、载荷波动剧烈的复杂非铺装路况。各类独立控制器缺少统一的数据交互中枢，调控参数固定无动态修正逻辑，悬架、动力、转向调控动作相互割裂，路面冲击带来的车身多自由度扰动无法被整体性抑制。基于上述现有技术存在的各类问题，本发明提出一套全新的智能驾驶决策控制系统，通过统一全局状态数据、路况分级动态分配权重、搭建多系统耦合调控逻辑，同步完成悬架阻尼、驱动扭矩、转向助力的协同调节，解决复杂路况下整车多维度姿态控制不协调的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种面向复杂路况的智能驾驶决策控制系统，它能够通过采集路面频谱、车轮载荷、车身六自由度数据，统一多源数据时空基准并分发；依据路面振动与载荷划分四级路况，动态分配悬架、动力、转向控制权重，切换耦合或独立控制模式；结合对应权重，搭配前馈补偿算法生成调控指令；同步时序并接收执行反馈形成闭环，实现悬架、动力、转向多系统协同耦合控制。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种面向复杂路况的智能驾驶决策控制系统，该系统包括：

3、感知采集模块：包括设置于各车轮处的垂向加速度传感器和垂向载荷传感器，以及设置于车身质心处的六轴惯性测量单元，用于采集路面颠簸频谱、车轮垂向载荷与车身六自由度状态数据，输出至全局状态共享模块；

4、全局状态共享模块：对多源数据进行时间同步与坐标统一处理，生成统一基准的状态数据集，同步分发至优先级权重分配模块、悬架阻尼调节模块、动力输出调控模块和转向助力修正模块；

5、优先级权重分配模块：根据路面频谱特征与载荷波动幅度匹配路况等级，分配悬架阻尼、动力输出与转向助力三个控制维度的权重与响应优先级，所述响应优先级为各控制维度控制指令的执行先后顺序；将权重参数下发至悬架阻尼调节模块、动力输出调控模块和转向助力修正模块；

6、悬架阻尼调节模块：结合路面冲击与车身姿态状态，基于分配权重生成悬架阻尼系数调节指令；

7、动力输出调控模块：结合车轮载荷变化与打滑趋势，基于分配权重生成驱动扭矩调整指令；

8、转向助力修正模块：结合路面转向反冲与车身横摆状态，基于分配权重生成转向助力增益修正指令；

9、执行适配模块：将三类控制指令下发至对应车载执行子系统，所述车载执行子系统包括悬架执行器、驱动电机控制器和电动助力转向系统，完成三者的耦合协同控制。

10、进一步地，所述感知采集模块通过设置于各车轮处的垂向加速度传感器采集车轮垂向振动信号，对车轮垂向振动信号进行频域分析得到路面颠簸频谱；通过设置于各车轮处的垂向载荷传感器测量得到车轮垂向载荷；通过设置于车身质心处的六轴惯性测量单元，测量车身的三个方向的平动加速度与三个方向的角速度，得到车身六自由度状态数据；所有感知数据均通过车载通信网络传输至全局状态共享模块。

11、更进一步地，所述全局状态共享模块基于统一时间基准，为所有输入的感知数据添加对应时间戳；以车身质心坐标系为统一基准，对不同来源的感知数据进行坐标转换；对不同采样频率的感知数据进行同步插值处理，生成时间基准与空间基准统一的状态数据集，再将状态数据集并行分发至优先级权重分配模块、悬架阻尼调节模块、动力输出调控模块和转向助力修正模块。

12、更进一步地，所述优先级权重分配模块依据路面颠簸频谱的主频分布与振动强度，结合车轮垂向载荷的波动程度划分不同的路况颠簸等级，不同颠簸等级对应不同的控制侧重维度，所述路况颠簸等级包括平整路况、轻度颠簸、中度颠簸和重度颠簸四个等级：当路面颠簸频谱主频分布于5hz以下且振动强度低于0.3g时，判定为平整路况；当主频分布于5hz～12hz且振动强度为0.3g～0.8g时，判定为轻度颠簸；当主频分布于12hz～20hz且振动强度为0.8g～1.5g时，判定为中度颠簸；当主频分布于20hz以上且振动强度高于1.5g时，判定为重度颠簸；且各等级的判定阈值根据车轮垂向载荷波动系数进行修正；根据实时识别的路况颠簸等级调用对应的权重配置基准，该基准以路况等级为索引、以三个控制维度的基础权重值为输出内容；结合车辆当前行驶速度与方向盘转角对所述基础权重值进行动态修正，生成最终的三个控制维度的权重参数与响应优先级序列。

13、更进一步地，所述优先级权重分配模块根据实时识别的路况颠簸等级：当路况颠簸等级为中度和重度颠簸等级时，判定车辆进入非铺装复杂路况并激活悬架、动力与转向的耦合控制模式，所述耦合控制模式为各控制模块结合对应分配权重与车身姿态前馈补偿量生成调控指令；当路况颠簸等级为平整和轻度颠簸等级时，判定车辆回到平整铺装路面并切换为常规独立控制模式，所述独立控制模式为各控制模块按照预设常规参数独立运行，完成不同行驶工况下的控制策略实时切换。

14、更进一步地，所述优先级权重分配模块通过综合路况评价指数计算各控制维度的动态权重，公式为：，其中，i=1,2,3分别对应悬架阻尼控制维度、动力输出控制维度和转向助力控制维度；为第i个控制维度的最终分配权重；为对应路况等级下第i个控制维度的基准权重；i为当前实时计算的综合路况评价指数；为对应路况等级的基准评价指数；为第i个控制维度的工况修正系数；

15、所述综合路况评价指数i的计算方式为：，其中，a为当前路面颠簸振动幅值；l为当前车轮载荷波动系数；α和β为预设的加权系数，α+β=1，且α、β的具体数值预先通过标定试验确定。

16、更进一步地，所述悬架阻尼调节模块通过天棚阻尼结合路面前馈的控制算法计算目标阻尼力，公式为：，其中，为目标减振器阻尼力；为天棚阻尼系数；为车身垂向振动速度；为路面前馈阻尼系数，根据路面颠簸频谱特征中的主频幅值实时调整；为车轮垂向振动速度；为悬架阻尼维度的分配权重，即中当i=1时的值。

17、更进一步地，所述动力输出调控模块基于各车轮的实时垂向载荷确定对应车轮的附着力上限，附着力上限的计算公式为：，其中，为当前车轮的附着力上限值；为当前车轮的实时垂向载荷；为当前车轮与路面的附着系数；结合轮速信号识别车轮打滑状态，当判定车轮出现打滑趋势时，相应地减小相关驱动轴的输出扭矩；同时接入全局状态共享模块输出的车身俯仰状态数据，在扭矩调节过程中根据车身俯仰运动趋势确定前馈补偿量并叠加至扭矩调整值中，前馈补偿量的计算公式为：，其中，为驱动扭矩的前馈补偿量；为俯仰补偿系数；为车身俯仰角速度，由全局状态共享模块输出的车身俯仰状态数据经低通滤波后差分计算得到；为动力输出控制维度的分配权重，即中当i=2时的值，使扭矩输出变化与车身俯仰运动保持协同，完成动力控制与悬架姿态控制的联动匹配。

18、更进一步地，所述转向助力修正模块获取转向轮受到的路面反冲力矩，结合车身横摆与侧向运动状态识别路面冲击引发的转向扰动，当判定路面反冲扰动超出预设扰动阈值时，动态调整电动助力转向系统的助力增益与系统阻尼；同时接入全局状态共享模块输出的车身侧倾状态数据，根据车身侧倾角度与侧倾角速度得到侧倾补偿量，侧倾补偿量的计算公式为：，其中，为转向助力侧倾补偿量；为侧倾角度补偿系数；为车身侧倾角度，由全局状态共享模块输出的车身侧倾状态数据获取；为侧倾角速度补偿系数；为车身侧倾角速度，从全局状态共享模块输出的三轴角速度数据中提取得到；为转向助力控制维度的分配权重，即中当i=3时的值；并将该补偿量作为附加力矩值叠加至电动助力转向系统的基础助力力矩输出值中，使转向助力输出与车身侧倾运动保持协同，维持转向特性的一致性。

19、更进一步地，所述执行适配模块接收悬架阻尼调节模块、动力输出调控模块和转向助力修正模块生成的控制指令后，根据各执行子系统的响应特性对指令输出时序进行匹配调整，所述匹配调整为根据各执行子系统的响应时延，按响应速度最慢的执行器的时延为基准，对响应速度较快的执行器指令进行延时下发，使三类控制动作的执行时刻保持同步；同时获取各执行子系统的实际执行反馈信号，回传至对应调节模块形成闭环控制链路，保障耦合控制的执行精度。

20、与现有技术相比，该一种面向复杂路况的智能驾驶决策控制系统具备如下有益效果：

21、一、本发明通过设置全局状态共享模块统一处理多类型感知采集数据，对各类传感信号统一配置时间标识，依托车身固定坐标系完成不同采集设备数据的空间转换操作，针对不同采集频率的信号开展插值同步处理，生成时空标准统一的整车状态数据集并行分发至全部控制单元；悬架、动力、转向相关调控单元调用同一套标准化数据完成运算，路面振动、车轮载荷、车身多维运动状态信息不会出现时序错位与坐标偏移，权重分配单元依托完整同步数据完成路况层级识别；整套数据处理架构打通各控制单元之间的数据壁垒，各模块运算输入信息保持统一基准，不同单元输出的调控指令能够对应同一时刻真实路面工况与车身运动状态，为多系统同步协同调控搭建稳定底层数据支撑。

22、二、本发明通过优先级权重分配模块完成路况层级自适应权重分配逻辑，依托路面振动特征与车轮载荷波动完成路况分层判定，结合车辆行驶状态对基础权重数值进行动态修正，同步划分三类控制维度的响应次序，依照路况层级切换耦合控制与独立控制两类运行模式；模块输出动态权重参数分别输送至各调控单元，各单元运算过程中将对应权重融入自身控制算法，叠加车身俯仰、侧倾运动带来的前馈补偿量生成控制指令；整套权重分配逻辑可以让三类控制系统跟随路面扰动主次调整自身调控力度，各单元调控动作相互配合抵消路面冲击引发的车身多维扰动，实现悬架姿态稳定、驱动防滑调节、转向扰动抑制三者联动匹配。

23、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。