【专利解密】自动驾驶技术终作用于重卡领域 智加科技发明相关控制方案

【嘉勤点评】智加科技发明的卡车自动驾驶方案，通过线性控制方法使得卡车驾驶操控算法具有较强的抗干扰性和鲁棒性，同时根据估计得到的扰动大小进行补偿，可以加强横向控制的一致性，使得卡车的响应更贴近设计指标，也提高了用户乘坐的舒适性。

智加科技近日宣布与Aeva展开合作，Aeva将帮助智加科技自动驾驶重卡远距离清晰感知环境，降低响应延迟，并借助Aeva独有的实时速度信息应对安全隐患和极端道路场景。

为何卡车的自动驾驶技术比其他车型更加复杂呢？这是由卡车的结构所决定，如上图所示，卡车的结构分为牵引车和挂车两部分，其中，车后轮轴中心为牵引车的质点，挂车后轮轴中心为挂车的质点。通常情况下，卡车满载的重量是普通轿车的20-25倍，卡车长度是普通轿车的4-5倍，而由于卡车的结构并非统一的整体(包含牵引车和挂车)，所以，在道路行驶过程中，卡车对车辆自身的控制较轿车相比更为复杂且要求更高。

卡车在车道内行驶，除了需要将牵引车保持在车道内外，还需要将挂车保持在车道内。由于卡车空载、半载、满载重量不同，行驶速度不同，如果在行驶过程中驾驶操作不当，例如对方向盘转角、转向角速度控制不当，就会出现卡车在直线车道行驶过程中的甩挂现象，还可能在过弯行驶过程中发生刮碰。

在现有的方案中，卡车的高级自动驾驶技术往往都难以对卡车进行精确建模，对于不同质量质心等等情况的变化也难以精确估计，同时在控制的过程中，存在外部的扰动影响车辆的控制，如风速、路面情况等等，都是外部对于车辆控制系统的扰动，影响控制的性能，甚至使系统不稳定，造成安全事故。

为提高卡车的自动驾驶控制效果，同时降低卡车驾驶的安全风险，智加科技在2019年12月20日申请了一项名为“一种自动驾驶卡车的横向控制方法、系统及存储介质”的技术方案（申请号：201911328780.1），申请人为苏州智加科技有限公司。

根据该专利目前公开的技术方案，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的自动驾驶卡车的横向控制方法的原理示意图，该方法的算法主要由扩张状态观测器ESO和LQR控制器两个部分组成。扩张状态观测器通过控制信号和车辆的测量信号，反馈可以直接测量状态量，并且估算难以测量的状态量和扰动，然后对外部扰动进行补偿，以达到消除外部扰动和车辆模型不确定性扰动的目的。

LQR控制器在接收到上游输入的参考轨迹后，找到距离卡车最近的轨迹点并计算出跟踪误差e，然后将跟踪误差以及扩张状态观测器ESO反馈的信息作为线性二次型调节器的状态变量X。通过设计合理的LQR闭环反馈控制器，可以保证设计系统具有足够的相位裕度和幅值裕度。

如上图，为这种自动驾驶卡车的横向控制方法的流程示意图，系统在初始化时会载入线性化的车辆动力学模型、线性二次型调节器的时变参数以及扩张状态观测器的参数。其次，需要输入相应的运动轨迹，并找到距离卡车最近的点，通过计算得到误差状态变量，即跟踪误差。

接着，根据卡车的状态和上一时刻的控制输入，通过扩张状态观测器得到卡车状态的估计值和扰动的等效估计值。在这些数据的基础上，利用卡车的线性化模型可以计算线性二次型调节器控制律。

最后，当利用扩张观测器观测获得总体扰动补偿后，将补偿扰动的控制输出做滤波、限幅处理，然后作为控制信号以固定频率发送给卡车线控，此处的控制信号为方向盘指令。循环上述步骤，即可使得卡车的输出跟期望的输出一致，从而获得更好的驾驶控制效果。

以上就是智加科技发明的卡车自动驾驶方案，该方案通过线性控制方法使得卡车驾驶操控算法具有较强的抗干扰性和鲁棒性，同时根据估计得到的扰动大小进行补偿，可以加强横向控制的一致性，使得卡车的响应更贴近设计指标，也提高了用户乘坐的舒适性。

（holly）

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