CN108909709A - 自动跟车方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种自动跟车方法及装置，属于智能车领域，该自动跟车方法包括：获取车载雷达采集的前车的行驶数据，前车与本车位于同一车道，且与本车的相对距离最小；根据前车的行驶数据和本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律；根据跟车控制律控制本车行驶，其中，前车的行驶数据包括前车的行驶速度和本车与前车的实际距离，本车的行驶数据包括本车的行驶速度，解决了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，跟车效果较差，交通通行效率较低的问题，避免了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，提高了跟车效果，提高了交通通行效率，用于自动跟车。

Description

自动跟车方法及装置
技术领域
本发明涉及智能车领域，特别涉及一种自动跟车方法及装置。
背景技术
随着汽车工业的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车已快速进入普通家庭。由于道路上行驶的车辆越来越多，交通拥堵现象日益严重。在长时间拥堵的情况下，车辆行驶非常缓慢，车辆在停和走两个状态之间不断切换，这时就需要驾驶员高度注意本车与前车之间的距离，这样一来，驾驶员容易处于疲劳驾驶状态，易发生交通事故。作为汽车安全辅助***的关键技术之一，自动跟车技术得到了广泛关注。而如何在不影响车辆自动驾驶功能的前提下进一步降低车辆的成本是当前急需解决的问题。
相关技术中，常常通过减少自动跟车中所使用的传感器的方式降低车辆的成本，具体是仅使用检测车辆纵向跟车距离和相对速度的雷达传感器，使用观测器替代检测车辆的加速度的传感器，本车基于纵向跟车距离，相对速度和加速度与前车保持一定的行驶距离。这种方式虽然省去了检测加速度的传感器，但采用观测器检测加速度的效率较低，且误差较大，导致自动跟车时本车与前车的安全距离过大，跟车效果较差，交通通行效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种自动跟车方法及装置，可以解决相关技术中自动跟车时本车与前车的安全距离过大，跟车效果较差，交通通行效率较低的问题。所述技术方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种自动跟车方法，所述方法包括：
获取车载雷达采集的前车的行驶数据，所述前车与本车位于同一车道，且与所述本车的相对距离最小；
根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，所述跟车控制量用于指示所述本车的行驶速度，所述本车与所述前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，所述距离偏差为所述本车与所述前车的实际距离和所述本车与所述前车的安全距离的差值；
根据所述跟车控制律控制所述本车行驶；
其中，所述前车的行驶数据包括所述前车的行驶速度和所述本车与所述前车的实际距离，所述本车的行驶数据包括所述本车的行驶速度。
可选的，所述根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，包括：
根据所述前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定所述安全距离；
确定将所述前车的行驶速度与所述本车的行驶速度的差值，得到所述相对速度；
确定所述实际距离与所述安全距离的差值，得到所述距离偏差；
根据所述相对速度、所述距离偏差和所述本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定所述跟车控制律；
其中，所述安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，所述ddes为所述安全距离，所述τh为车辆制动迟滞时间，所述υp为所述前车的行驶速度，所述d0为所述前车和所述本车停止时两车之间的距离，
所述跟车控制律计算公式为：
所述u为所述跟车控制律，所述Δd为所述距离偏差，Δυ为所述相对速度，所述υ为所述本车的行驶速度，所述Ca为空气阻力系数，所述M为所述本车的质量，所述Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
可选的，所述根据所述跟车控制律控制所述本车行驶，包括：
当所述跟车控制律小于0时，确定所述本车的行驶模式为加速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量；
当所述跟车控制律不小于0时，确定所述本车的行驶模式为减速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量。
可选的，所述根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量，包括：
根据所述跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定所述本车的目标发动机力矩；
从第一对应关系中查找所述目标发动机力矩对应的目标油门开度值，所述第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系；
从所述第二对应关系中查找所述目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量，所述第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系；
将所述油门踏板的位移量调整为所述油门踏板的目标位移量；
所述发动机力矩计算公式为其中，所述Te为所述目标发动机力矩，所述u为所述跟车控制律，所述ig为变速器速比，所述i0为差速器速比，所述ηT为传动系机械效率，所述M为所述本车的质量，所述Kt为液力变矩器的变矩比，所述rw为驱动轮滚动半径；
所述根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量，包括：
从第三对应关系中查找所述跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量，所述第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系；
将所述制动器踏板的位移量调整为所述制动器踏板的目标位移量。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种自动跟车装置，包括：
获取模块，用于获取车载雷达采集的前车的行驶数据，所述前车与本车位于同一车道，且与所述本车的相对距离最小；
确定模块，用于根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，所述跟车控制量用于指示所述本车的行驶速度，所述本车与所述前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，所述距离偏差为所述本车与所述前车的实际距离和所述本车与所述前车的安全距离的差值；
控制模块，用于根据所述跟车控制律控制所述本车行驶；
其中，所述前车的行驶数据包括所述前车的行驶速度和所述本车与所述前车的实际距离，所述本车的行驶数据包括所述本车的行驶速度。
可选的，所述确定模块，用于：
根据所述前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定所述安全距离；
确定将所述前车的行驶速度与所述本车的行驶速度的差值，得到所述相对速度；
确定所述实际距离与所述安全距离的差值，得到所述距离偏差；
根据所述相对速度、所述距离偏差和所述本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定所述跟车控制律；
其中，所述安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，所述ddes为所述安全距离，所述τh为车辆制动迟滞时间，所述υp为所述前车的行驶速度，所述d0为所述前车和所述本车停止时两车之间的距离，
所述跟车控制律计算公式为：
所述u为所述跟车控制律，所述Δd为所述距离偏差，Δυ为所述相对速度，所述υ为所述本车的行驶速度，所述Ca为空气阻力系数，所述M为所述本车的质量，所述Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
可选的，所述控制模块，包括：
第一确定子模块，用于在所述跟车控制律小于0时，确定所述本车的行驶模式为加速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量；
第二确定子模块，用于在所述跟车控制律不小于0时，确定所述本车的行驶模式为减速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量。
可选的，所述第一确定子模块，用于：
根据所述跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定所述本车的目标发动机力矩；
从第一对应关系中查找所述目标发动机力矩对应的目标油门开度值，所述第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系；
从所述第二对应关系中查找所述目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量，所述第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系；
将所述油门踏板的位移量调整为所述油门踏板的目标位移量；
所述发动机力矩计算公式为其中，所述Te为所述目标发动机力矩，所述u为所述跟车控制律，所述ig为变速器速比，所述i0为差速器速比，所述ηT为传动系机械效率，所述M为所述本车的质量，所述Kt为液力变矩器的变矩比，所述rw为驱动轮滚动半径；
所述第二确定子模块，用于：
从第三对应关系中查找所述跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量，所述第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系；
将所述制动器踏板的位移量调整为所述制动器踏板的目标位移量。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种自动跟车装置，包括：存储器，处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的自动跟车方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的自动跟车方法。
根据本发明实施例的第五方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所述的自动跟车方法。
本发明实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：
能够根据前车的行驶速度，本车与前车的实际距离，以及本车的行驶速度，采用非奇异快速终端滑模控制方式控制本车行驶，本车能够平稳快速跟随前车行驶。整个自动跟车过程无需检测本车的加速度，所以无需使用观测器，避免了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，提高了跟车效果，提高了交通通行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所涉及的实施环境示意图；
图2是本发明实施例提供的一种自动跟车方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种自动跟车方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种本车与前车的实际距离和安全距离的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种确定跟车控制律的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种控制本车油门踏板的位移量的流程图；
图7是本发明实施例提供的一种控制本车制动器踏板的位移量的流程图；
图8是一种车辆的纵向动力学模型的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种自动跟车装置的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的一种控制模块的结构示意图；
图11发明实施例提供的另一种自动跟车装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例所涉及的实施环境示意图，该实施环境可以包括行驶在道路上的本车01和前车02，本发明实施例中的车辆均为智能车。本车01基于自动跟车技术与前车02保持一定的行驶距离。
相关技术中，为了减少自动跟车中所使用的传感器，常使用观测器替代检测车辆的加速度的传感器，本车基于纵向跟车距离，相对速度和加速度与前车保持一定的行驶距离。然而使用观测器检测加速度的效率较低，且误差较大，导致自动跟车时本车与前车的安全距离过大，跟车效果较差，交通通行效率较低。
而在本发明实施例中，能够根据前车的行驶速度，本车与前车的实际距离，以及本车的行驶速度，采用非奇异快速终端滑模控制方式控制本车行驶，本车能够平稳快速跟随前车行驶。整个自动跟车过程无需检测本车的加速度，所以无需使用观测器，解决了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，跟车效果较差，交通通行效率较低的问题。
图2示出了本发明实施例提供的一种自动跟车方法的流程图，可以用于车辆上的工控机，如图2所示，该方法包括：
步骤201、获取车载雷达采集的前车的行驶数据，前车与本车位于同一车道，且与本车的相对距离最小。
与本车位于同一车道的前车可能会有多个，本发明实施例中的前车为多个前车中与本车的相对距离最小的车辆。
步骤202、根据前车的行驶数据和本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，该跟车控制量用于指示本车的行驶速度，本车与前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，距离偏差为本车与前车的实际距离和本车与前车的安全距离的差值。
步骤203、根据跟车控制律控制本车行驶。
其中，前车的行驶数据包括前车的行驶速度和本车与前车的实际距离，本车的行驶数据包括本车的行驶速度。
在本发明实施例中，车载雷达实时采集前车的行驶数据，工控机能够根据车载雷达采集的前车的行驶数据实时确定跟车控制律，并对本车的行驶进行控制。
综上所述，本发明实施例提供的自动跟车方法，能够根据前车的行驶速度，本车与前车的实际距离，以及本车的行驶速度，采用非奇异快速终端滑模控制方式控制本车行驶，本车能够平稳快速跟随前车行驶。整个自动跟车过程无需检测本车的加速度，所以无需使用观测器，避免了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，提高了跟车效果，提高了交通通行效率。
由驾驶员的正常驾驶习惯可知，油门踏板和制动器踏板在同一时间仅有一个产生作用，即油门踏板工作时制动器踏板不工作，而制动器踏板工作时油门踏板不工作。本发明实施例提供的自动跟车方法能够根据跟车控制律的大小对油门踏板或制动器踏板的位移量进行调整，如图3所示，该自动跟车方法可以包括：
步骤301、获取车载雷达采集的前车的行驶数据。
前车与本车位于同一车道，且与本车的相对距离最小。与本车位于同一车道的前车可能会有多个，本发明实施例中的前车为多个前车中与本车的相对距离最小的车辆。
其中，车载雷达采集的前车的行驶数据包括前车的行驶速度和本车与前车的实际距离，本车的行驶数据包括本车的行驶速度。在本发明实施例中，将前车的行驶速度记做υp，将本车与前车的实际距离记做d，将本车的行驶速度记做υ。
在本发明实施例中，车载雷达实时采集前车的行驶数据，工控机能够根据车载雷达采集的前车的行驶数据实时确定跟车控制律，并对本车的行驶进行控制。
可选的，用于采集前车的行驶数据的车载雷达可以为毫米波雷达，毫米波雷达是一种工作在毫米波波段探测的雷达，毫米波雷达具有尺寸小，分辨率高，全天候等特点，能够在复杂的测量环境下，对车辆周边的目标进行检测，准确性较高。示例的，毫米波雷达可以设置在本车的前保险杠上，本车与前车的实际距离d为本车前保险杠与前车的后保险杠之间的距离，如图4所示。
步骤302、根据前车的行驶数据和本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律。
该跟车控制量用于指示本车的行驶速度，本车与前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，距离偏差为本车与前车的实际距离和本车与前车的安全距离的差值。
可选的，如图5所示，步骤302可以包括：
步骤3021、根据前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定安全距离。
其中，安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，ddes为本车与前车的安全距离，τh为车辆制动迟滞时间，υp为前车的行驶速度，d0为前车和本车停止时两车之间的距离。车辆制动迟滞时间τh具体指的是当前车刹停且本车不减速时，本车撞上前车所使用的时间。本车与前车的安全距离ddes的示意图可以参见图4。
示例的，τh可以为1.5s(秒)，d0可以为5m(米)。
步骤3022、确定将前车的行驶速度与本车的行驶速度的差值，得到相对速度。
其中，本车与前车的相对速度υp为前车的行驶速度，υ为本车的行驶速度。
步骤3023、确定实际距离与安全距离的差值，得到距离偏差。
其中，距离偏差d为本车与前车的实际距离，ddes为本车与前车的安全距离。距离偏差Δd的示意图可以参考图4。
步骤3024、根据相对速度、距离偏差和本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定跟车控制律。
跟车控制律计算公式为：
其中，u为跟车控制律，Δd为距离偏差，Δυ为相对速度，υ为本车的行驶速度，Ca为空气阻力系数，M为本车的质量，Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
示例的，a＝2，α＝1，β＝2，ρ1＝2，ρ2＝4，c1＝2，c2＝0.5。
在本发明实施例中，当跟车控制律u小于0时，工控机确定本车的行驶模式为加速模式，并对本车的油门踏板的位移量进行调节；当跟车控制律u不小于0时，工控机确定本车的行驶模式为减速模式，并对本车的制动器踏板的位移量进行调节。
步骤303、当跟车控制律小于0时，确定本车的行驶模式为加速模式，并根据跟车控制律控制本车的油门踏板的位移量。
其中，步骤303中根据跟车控制律控制本车的油门踏板的位移量，如图6所示，可以包括：
步骤3031、根据跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定本车的目标发动机力矩。
其中，发动机力矩计算公式为Te为目标发动机力矩，u为跟车控制律，ig为变速器速比，i0为差速器速比，ηT为传动系机械效率，M为本车的质量，Kt为液力变矩器的变矩比，rw为驱动轮滚动半径。
步骤3032、从第一对应关系中查找目标发动机力矩对应的目标油门开度值。
第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系。该第一对应关系可以根据发动机速度特性函数得到。示例的，该第一对应关系可以如表1所示，发动机力矩X1对应的油门开度值为Y1，发动机力矩X2对应的油门开度值为Y2，发动机力矩X3对应的油门开度值为Y3。比如，目标发动机力矩为X1，那么目标油门开度值为Y1。
表1
发动机力矩 油门开度值
X1 Y1
X2 Y2
X3 Y3
步骤3033、从第二对应关系中查找目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量。
第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系。示例的，该第二对应关系可以如表2所示，油门开度值Y1对应的油门踏板的位移量为L1，油门开度值Y2对应的油门踏板的位移量为L2，油门开度值Y3对应的油门踏板的位移量为L3。比如，目标油门开度值为Y1，那么油门踏板的目标位移量为L1。
表2
油门开度值 油门踏板的位移量
Y1 L1
Y2 L2
Y3 L3
步骤3034、将油门踏板的位移量调整为油门踏板的目标位移量。
通过执行步骤3031至步骤3033，工控机确定出油门踏板的目标位移量，通过执行本步骤3034，工控机将当前时刻油门踏板的位移量调整为油门踏板的目标位移量，比如，在步骤3033中工控机确定的油门踏板的目标位移量为L1，那么工控机将当前时刻油门踏板的位移量调整为L1，实现对本车的油门踏板的位移量的调节，使本车的行驶模式为加速模式。
步骤304、当跟车控制律不小于0时，确定本车的行驶模式为减速模式，并根据跟车控制律控制本车的制动器踏板的位移量。
其中，步骤304中根据跟车控制律控制本车的制动器踏板的位移量，如图7所示，可以包括：
步骤3041、从第三对应关系中查找跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量。
第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系。其中，跟车控制律和制动器踏板的位移量成正比，即跟车控制律越大，制动器踏板的位移量越大。
示例的，该第三对应关系可以如表3所示，跟车控制律u1对应的制动器踏板的位移量为N1，跟车控制律u2对应的制动器踏板的位移量为N2，跟车控制律u3对应的制动器踏板的位移量为N3。比如，步骤302中确定的跟车控制律为u1，那么制动器踏板的目标位移量为N1。
表3
跟车控制律 制动器踏板的位移量
u1 N1
u2 N2
u3 N3
步骤3042、将制动器踏板的位移量调整为制动器踏板的目标位移量。
通过执行步骤3041，工控机确定出制动器踏板的目标位移量，通过执行本步骤3042，工控机将当前时刻制动器踏板的位移量调整为制动器踏板的目标位移量，比如，在步骤3041中工控机确定的制动器踏板的目标位移量为N 1，那么工控机将当前时刻制动器踏板的位移量调整为N1，实现对本车的制动器踏板的位移量的调节，使本车的行驶模式为减速模式。
现以加速模式为例对跟车控制律计算公式的推导过程做一说明。当车辆的行驶模式为加速模式时，行驶系输入量为驱动力矩，输出量为车辆的行驶速度，并考虑受到空气阻力、轮胎滚动阻力和道路坡度阻力等外部环境影响，车辆的纵向动力学模型的结构如图8所示，为建立车辆模型，忽略油门执行机构和发动机的动态特性，并假定车辆行驶的道路是水平的，用于描述车辆纵向非线性动力学特性的公式可以如公式(1)：
其中，Te为发动机力矩，ig为变速器速比，i0为差速器速比，ηT为传动系机械效率，Kt为液力变矩器的变矩比，rw为驱动轮滚动半径，M为本车的质量，υ为本车的行驶速度，Ca为空气阻力系数，Ff为轮胎滚动阻力。
为了描述车间纵向动力学特性，确定本车与前车的相对速度Δυ和距离偏差Δd的表达式如公式(2)：
其中，υp为前车的行驶速度，υ为本车的行驶速度，d为本车与前车的实际距离，ddes为本车与前车的安全距离，该安全距离为期望达到的本车与前车的安全距离。
参考相关技术中的线性车距模型，可以得到安全距离计算公式(3)：
ddes＝τhυp+d0 (3)
其中，ddes为本车与前车的安全距离，τh为车辆制动迟滞时间，υp为前车的行驶速度，d0为前车和本车停止时两车之间的距离。
由牛顿第二运动定律可以得到车间纵向动力学关系对Δd和Δυ分别求导，并代入公式(1)，得到基于最少传感器的两状态跟车模型，如公式(4)所示：
其中，Te为发动机力矩，ig为变速器速比，i0为差速器速比，ηT为传动系机械效率，Kt为液力变矩器的变矩比，rw为驱动轮滚动半径，M为本车的质量。当车辆档位固定时，该两状态跟车模型为非线性时不变***。对于自动跟车***，虽然车辆需要跟随周围环境不断调整车辆的行驶速度，但换档过程不会发生频繁，所以在相当长的时间内，模型参数不会改变，因而上述模型可近似为时不变***。
此外，二阶非线性单输入单输出***可以用公式(5)表示：
其中，x＝[x1,x2]T为***状态，f(x,t)为未知函数，表示***内部扰动，u(t)为控制输入，d(t)为外部扰动。
为了进一步提高***状态在滑模阶段的收敛速度，并且扩大设计参数的选择范围，提高控制其设计的灵活性及控制器设计的灵活性，本发明实施例提供了一种改进的非奇异快速终端滑模(nonsingular fast teminal sliding mode，NFTSM)控制方式，该控制方式所涉及的滑模超平面s、控制律u和趋近律分别为：
其中，设计参数α,β,ρ1,ρ2∈R+，1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，为***状态变量的欧氏范数。
需要说明的是，基于最少传感器的跟车控制的目的是在前车加减速的情况下，不依赖加速度信息，实现本车的行驶速度对前车的行驶速度的跟踪，以及本车与前车的实际距离对期望安全距离的跟踪控制。由于已建立的两状态跟车模型即公式(4)与二阶非线性单输入单输出***即(5)公式不完全一致，故定义Δυ为本车与前车的相对速度，τh为车辆制动迟滞时间，υp为前车的行驶速度，那么公式(4)可以改写为公式(9)：
由于前车加速度信息缺失，和项为不可测外部干扰；同时中由于包含有项不能由车载雷达测量得到，考虑到实际行车过程中，车辆多小加速度波动行驶，因而可利用Δυ代替进行反馈控制。基于本发明实施例提出的改进的NFTSM控制方式，可以得到跟车控制律计算公式为：
其中，s为滑模变量，u为跟车控制律，Δd为距离偏差，Δυ为相对速度，υ为本车的行驶速度，Ca为空气阻力系数，M为本车的质量，Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
综上所述，本发明实施例提供的自动跟车方法，能够根据前车的行驶速度，本车与前车的实际距离，以及本车的行驶速度，采用非奇异快速终端滑模控制方式控制本车行驶，本车能够平稳快速跟随前车行驶。整个自动跟车过程无需检测本车的加速度，所以无需使用观测器，避免了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，提高了跟车效果，提高了交通通行效率。
需要说明的是，本发明实施例提供的自动跟车方法的步骤的先后顺序可以进行适当调整，自动跟车方法的步骤也可以根据情况进行相应增减。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。
图9示出了本发明实施例提供的一种自动跟车装置800的结构示意图，如图9所示，该自动跟车装置800包括：
获取模块810，用于获取车载雷达采集的前车的行驶数据，前车与本车位于同一车道，且与本车的相对距离最小。
确定模块820，用于根据前车的行驶数据和本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，该跟车控制量用于指示本车的行驶速度，本车与前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，距离偏差为本车与前车的实际距离和本车与前车的安全距离的差值。
控制模块830，用于根据跟车控制律控制本车行驶。
其中，前车的行驶数据包括前车的行驶速度和本车与前车的实际距离，本车的行驶数据包括本车的行驶速度。
可选的，确定模块820，用于：
根据前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定安全距离；
确定将前车的行驶速度与本车的行驶速度的差值，得到相对速度；
确定实际距离与安全距离的差值，得到距离偏差；
根据相对速度、距离偏差和本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定跟车控制律；
其中，安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，ddes为安全距离，τh为车辆制动迟滞时间，υp为前车的行驶速度，d0为前车和本车停止时两车之间的距离，
跟车控制律计算公式为：
u为跟车控制律，Δd为距离偏差，Δυ为相对速度，υ为本车的行驶速度，Ca为空气阻力系数，M为本车的质量，Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
可选的，如图10所示，控制模块830，包括：
第一确定子模块831，用于在跟车控制律小于0时，确定本车的行驶模式为加速模式，并根据跟车控制律控制本车的油门踏板的位移量。
第二确定子模块832，用于在跟车控制律不小于0时，确定本车的行驶模式为减速模式，并根据跟车控制律控制本车的制动器踏板的位移量。
可选的，第一确定子模块831，用于：
根据跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定本车的目标发动机力矩；
从第一对应关系中查找目标发动机力矩对应的目标油门开度值，该第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系；
从第二对应关系中查找目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量，该第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系；
将油门踏板的位移量调整为油门踏板的目标位移量；
发动机力矩计算公式为其中，Te为目标发动机力矩，u为跟车控制律，ig为变速器速比，i0为差速器速比，ηT为传动系机械效率，M为本车的质量，Kt为液力变矩器的变矩比，rw为驱动轮滚动半径。
第二确定子模块832，用于：
从第三对应关系中查找跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量，该第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系；
将制动器踏板的位移量调整为制动器踏板的目标位移量。
综上所述，本发明实施例提供的自动跟车装置，能够根据前车的行驶速度，本车与前车的实际距离，以及本车的行驶速度，采用非奇异快速终端滑模控制方式控制本车行驶，本车能够平稳快速跟随前车行驶，无需检测本车的加速度，所以无需使用观测器，避免了自动跟车时本车与前车的安全距离过大，提高了跟车效果，提高了交通通行效率。
本发明实施例还提供了另一种自动跟车装置900，如图11所示，该自动跟车装置900包括：存储器910，处理器920及存储在存储器910上并可在处理器920上运行的计算机程序911，处理器920执行计算机程序911时实现上述实施例提供的自动跟车方法，该方法可以如图2或图3所示。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质为非易失性可读存储介质，该存储介质内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的自动跟车方法。
本发明实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的自动跟车方法。
本发明实施例还提供一种芯片，该芯片包括可编程逻辑电路和/或程序指令，当芯片运行时用于执行上述实施例提供的自动跟车方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考参考方法实施例中各步骤的具体工作过程，在此不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种自动跟车方法，其特征在于，所述方法包括：
获取车载雷达采集的前车的行驶数据，所述前车与本车位于同一车道，且与所述本车的相对距离最小；
根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，所述跟车控制量用于指示所述本车的行驶速度，所述本车与所述前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，所述距离偏差为所述本车与所述前车的实际距离和所述本车与所述前车的安全距离的差值；
根据所述跟车控制律控制所述本车行驶；
其中，所述前车的行驶数据包括所述前车的行驶速度和所述本车与所述前车的实际距离，所述本车的行驶数据包括所述本车的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，包括：
根据所述前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定所述安全距离；
确定将所述前车的行驶速度与所述本车的行驶速度的差值，得到所述相对速度；
确定所述实际距离与所述安全距离的差值，得到所述距离偏差；
根据所述相对速度、所述距离偏差和所述本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定所述跟车控制律；
其中，所述安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，所述ddes为所述安全距离，所述τh为车辆制动迟滞时间，所述υp为所述前车的行驶速度，所述d0为所述前车和所述本车停止时两车之间的距离，
所述跟车控制律计算公式为：
所述u为所述跟车控制律，所述Δd为所述距离偏差，Δυ为所述相对速度，所述υ为所述本车的行驶速度，所述Ca为空气阻力系数，所述M为所述本车的质量，所述Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述跟车控制律控制所述本车行驶，包括：
当所述跟车控制律小于0时，确定所述本车的行驶模式为加速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量；
当所述跟车控制律不小于0时，确定所述本车的行驶模式为减速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量，包括：
根据所述跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定所述本车的目标发动机力矩；
从第一对应关系中查找所述目标发动机力矩对应的目标油门开度值，所述第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系；
从所述第二对应关系中查找所述目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量，所述第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系；
将所述油门踏板的位移量调整为所述油门踏板的目标位移量；
所述发动机力矩计算公式为其中，所述Te为所述目标发动机力矩，所述u为所述跟车控制律，所述ig为变速器速比，所述i0为差速器速比，所述ηT为传动系机械效率，所述M为所述本车的质量，所述Kt为液力变矩器的变矩比，所述rw为驱动轮滚动半径；
所述根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量，包括：
从第三对应关系中查找所述跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量，所述第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系；
将所述制动器踏板的位移量调整为所述制动器踏板的目标位移量。
5.一种自动跟车装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车载雷达采集的前车的行驶数据，所述前车与本车位于同一车道，且与所述本车的相对距离最小；
确定模块，用于根据所述前车的行驶数据和所述本车的行驶数据，采用非奇异快速终端滑模控制方式确定跟车控制律，所述跟车控制量用于指示所述本车的行驶速度，所述本车与所述前车的相对速度，以及距离偏差之间的关系，所述距离偏差为所述本车与所述前车的实际距离和所述本车与所述前车的安全距离的差值；
控制模块，用于根据所述跟车控制律控制所述本车行驶；
其中，所述前车的行驶数据包括所述前车的行驶速度和所述本车与所述前车的实际距离，所述本车的行驶数据包括所述本车的行驶速度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于：
根据所述前车的行驶速度，采用安全距离计算公式确定所述安全距离；
确定将所述前车的行驶速度与所述本车的行驶速度的差值，得到所述相对速度；
确定所述实际距离与所述安全距离的差值，得到所述距离偏差；
根据所述相对速度、所述距离偏差和所述本车的行驶速度，采用跟车控制律计算公式确定所述跟车控制律；
其中，所述安全距离公式为：ddes＝τhυp+d0，，所述ddes为所述安全距离，所述τh为车辆制动迟滞时间，所述υp为所述前车的行驶速度，所述d0为所述前车和所述本车停止时两车之间的距离，
所述跟车控制律计算公式为：
所述u为所述跟车控制律，所述Δd为所述距离偏差，Δυ为所述相对速度，所述υ为所述本车的行驶速度，所述Ca为空气阻力系数，所述M为所述本车的质量，所述Ff为轮胎滚动阻力，设计参数满足：1＜b＜2，a>b，c1>1，0＜c2＜1，α,β,ρ1,ρ2∈R+。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块，包括：
第一确定子模块，用于在所述跟车控制律小于0时，确定所述本车的行驶模式为加速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的油门踏板的位移量；
第二确定子模块，用于在所述跟车控制律不小于0时，确定所述本车的行驶模式为减速模式，并根据所述跟车控制律控制所述本车的制动器踏板的位移量。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定子模块，用于：
根据所述跟车控制律，采用发动机力矩计算公式确定所述本车的目标发动机力矩；
从第一对应关系中查找所述目标发动机力矩对应的目标油门开度值，所述第一对应关系用于记录发动机力矩和油门开度值的对应关系；
从所述第二对应关系中查找所述目标油门开度值对应的油门踏板的目标位移量，所述第二对应关系用于记录油门开度值和油门踏板的位移量的对应关系；
将所述油门踏板的位移量调整为所述油门踏板的目标位移量；
所述发动机力矩计算公式为其中，所述Te为所述目标发动机力矩，所述u为所述跟车控制律，所述ig为变速器速比，所述i0为差速器速比，所述ηT为传动系机械效率，所述M为所述本车的质量，所述Kt为液力变矩器的变矩比，所述rw为驱动轮滚动半径；
所述第二确定子模块，用于：
从第三对应关系中查找所述跟车控制律对应的制动器踏板的目标位移量，所述第三对应关系用于记录跟车控制律和制动器踏板的位移量的对应关系；
将所述制动器踏板的位移量调整为所述制动器踏板的目标位移量。
9.一种自动跟车装置，其特征在于，包括：存储器，处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述的自动跟车方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一所述的自动跟车方法。
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