CN110103959B - 一种自适应巡航控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应巡航控制方法，根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式，包括以下步骤：(1)根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式；(2)根据巡航控制模式，计算出需要的加速度值；(3)根据加速度值的正负，输出为节气门开度或制动压力。本发明的自适应巡航控制方法对于道路中突然出现的车辆或者其他物体可以根据该物体的状态，给出不同的加速度，从而既能保证很好的跟车性能又可以有很好安全性能。

Description

一种自适应巡航控制方法
技术领域
本发明涉及车辆智能驾驶技术领域，具体涉及一种自适应巡航控制方法。
背景技术
从上世纪90年代开始，驾驶员辅助***一直是汽车领域研究的热点。
目前国内外提出了许多能够自主巡航的驾驶员辅助***。这些***能够在一定程度上自主驱动汽车进行行驶，并保持在相对安全的距离，可以在路况良好的高速公路上有良好的性能。
但现有技术中，上述***未考虑国内特殊的交通工况，比如行驶过程中的加塞，前方突然出现的较快的超车车辆，较慢的超车车辆，电动车等物体。前方车辆速度以及距离的不同，需要采用不同的控制模式。既要考虑安全性，又要兼顾舒适性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的自适应巡航控制方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自适应巡航控制方法，根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式，包括以下步骤：
(1)根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式；
(2)根据巡航控制模式，计算出需要的加速度值；
(3)根据加速度值的正负，输出为节气门开度或制动压力。
优选地，步骤(1)中，巡航控制模式根据以下方式设定：
若本车前方无行驶车辆，则本车选择定速巡航模式；
若本车前方有行驶车辆，则根据情况，选择巡航控制模式：
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择定速巡航模式；
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择跟车模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式。
进一步地，所述前车车速根据本车车速与前车车速之间的速度差及本车车速获得。
进一步地，所述安全距离通过公式计算，安全距离
Figure BDA0002015090310000021
式中，S最小为两车之间的最小距离，为1～3米，t时距为车间时距，vt为前车车速。
进一步地，当本车选择定速巡航模式时，控制器的控制目标为保持本车车速与巡航车速相等。
更进一步地，控制器采用PI控制器，控制器的输入参数为巡航车速与本车车速之间的速度差，控制器输出本车行驶的加速度值。
进一步地，当本车选择制动模式时，控制器的控制目标为使两车距离达到安全距离。
更进一步地，根据即将碰撞时间及两车相对距离，计算输出加速度值：
当即将碰撞时间小于等于0.8秒时，加速度为最大制动减速度；
当即将碰撞时间大于0.8秒且小于等于1.6秒，根据即将碰撞时间值计算加速度值；
当即将碰撞时间大于1.6秒且小于等于10秒，根据相对距离、相对距离与安全距离的差值和即将碰撞时间值计算加速度值。
进一步地，当本车选择跟车模式时，控制器的控制目标为使得本车车速等于前车车速，两车距离等于安全距离。
更进一步地，控制器为速度PID控制器与距离PID控制器的加权，速度PID控制器的输入为本车车速与前车车速之间的速度差，距离PID控制器的输入为两车距离与安全距离之间的差值，控制器输出本车行驶的加速度值。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的自适应巡航控制方法对于道路中突然出现的车辆或者其他物体可以根据该物体的状态，给出不同的加速度，从而既能保证很好的跟车性能又可以有很好安全性能。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明的自适应巡航控制方法具体包括如下步骤：
(1)根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式
首先根据获得的前方车辆的信息、本车信息、路面附着系数计算安全距离，选择巡航控制模式。
前方车辆信息从雷达获得，本车信息通过安装在本车上的传感器获得。具体雷达得到的前方车辆信息包括前方车辆距本车之间的距离即两车距离、前车车速与本车车速之间的速度差。传感器得到的本车信息包括本车车速和路面附着系数。
其中两车距离信息需要滤波处理，首个采样的两车距离信息不进行处理。根据两车相对速度的不同，进行不同的加权滤波处理。
安全距离根据前车车速、路面附着系数计算得到，计算公式为：
Figure BDA0002015090310000031
式中，
Figure BDA0002015090310000032
为安全距离；S最小为两车之间的最小距离，一般设定为1～3米；t时距为车间时距，与路面附着系数相关；vt为前车车速。
初始状态下，汽车默认选择的是定速巡航模式。
当雷达探测到本车前方无行驶车辆时，则本车选择定速巡航模式；
当雷达探测到本车前方有行驶车辆时，则根据不同情况，选择巡航控制模式：
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择定速巡航模式；
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择跟车模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式。
(2)根据巡航控制模式，计算各巡航模式下需要的加速度值；
定速巡航模式的控制目标是保持本车车速为巡航车速。巡航车速由驾驶员设定，如果驾驶员未设定，则巡航车速为***默认车速。默认车速根据道路的不同而变化。道路的不同和交通标志的限速由高精地图***或者车辆感知***部分提供。该巡航模式下的控制器为一个PI控制器，输入为速度差，速度差由巡航车速减去本车车速得到，控制器的输出为加速度值。控制指标为阶跃响应的稳态误差为零，超调量小于1％，调节时间根据巡航速度的不同而不同。巡航速度小于30km/h时，调节时间小于3秒，巡航速度小于60km/h时，调节时间小于8秒，巡航速度小于100km/h时，调节时间小于15秒。
跟车模式下的控制目标是使得本车车速等于前车车速，两车距离等于安全距离。该模式下控制器为速度PID控制器与距离PID控制器的加权。速度PID控制器的输入为速度差，此处的速度差为本车车速与前车车速之间的差值，距离PID的输入为距离差，此处的距离差为两车之间的实际距离与安全距离之间的差值。控制器的输出为加速度值。控制目标为阶跃响应的稳态误差为零，超调量小于1％，调节时间小于20秒。
跟车模式下的加速度值根据下式计算：
Figure BDA0002015090310000041
式中，a为加速度，单位为m/s2；
ev为速度差，单位为m/s,ev＝vh-vt,vh为本车车速，vt为前车车速；
ed为距离差，单位为m,
Figure BDA0002015090310000042
ds为两车距离，
Figure BDA0002015090310000043
为安全距离；
Figure BDA0002015090310000044
λ1和λ2为遗忘因子；
kp,kd,ki1,ki2分别为比例系数，微分系数，积分系数1和积分系数2；
kp,kd,ki1,ki2，λ1和λ2均由实车试验匹配测得。
制动模式的控制目标为使得两车距离达到安全距离。制动减速度根据即将碰撞时间TTC值的不同而变化。具体如下：
若即将碰撞时间TTC小于0.8秒，加速度为最大制动减速度。
若即将碰撞时间TTC大于0.8秒，小于等于1.6秒，根据即将碰撞时间TTC值可计算出加速度值。具体计算公式为：
a＝3+5*(1.6-TTC)。
若即将碰撞时间TTC大于1.6秒，小于等于10秒，根据安全距离值，即将碰撞时间TTC值可计算出减速度值。具体计算公式为：
Figure BDA0002015090310000051
Figure BDA0002015090310000052
特别地，对于前方为静止物体或缓慢移动的物体，即vt<＝2m/s时，制动过程中的减速度控制量不得小于上一个控制周期的值，即制动过程中制动压力只增不减，直至本车完全停止。
在整个巡航过程中，分别对加减速进行阈值限制。加速过程中，减速度的限值为2m/s2，加速度的变化率限值为0.4(m/s2)/s。当即将碰撞时间TTC>6秒时，减速度的限值为2m/s2，当即将碰撞时间TTC<6秒时，减速度不限值，此时减速度的值受到汽车性能和路面的限制,减速度的变化率限值为5(m/s2)/s。
(3)根据加速度的正负，输出为节气门开度或制动压力。
当加速度为正值时，根据汽车的加速阻力，坡道阻力，空气阻力，滚动阻力和驱动力可以计算出发动机的功率和发动机的输出扭矩。再根据发动机的转速，结合发动机的扭矩，由发动机的MAP图查表可得到节气门的开度。
当加速度为负值时，根据主缸与轮缸的压力传递关系，制动效能因数，轮胎半径，整车质量可以求得主缸压力与加速度的关系，进而求得所需要的主缸压力。
综上所述，本发明自适应巡航控制方法根据获得的前车信息，本车信息，路面附着系数计算安全距离，选择巡航控制模式。根据巡航控制模式计算出需要的加速度，并根据加速度的值，计算相应的节气门开度和制动压力。该算法对于道路中突然出现的车辆或者其他物体可以根据该物体的状态，给出不同的加速度，既能保证很好的跟车性能又可以有很好安全性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自适应巡航控制方法，其特征在于：根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式，包括以下步骤：
(1)根据前方车辆信息及本车信息选择巡航控制模式；
(2)根据巡航控制模式，计算出需要的加速度值；
(3)根据加速度值的正负，输出为节气门开度或制动压力；
步骤(1)中，巡航控制模式根据以下方式设定：
若本车前方无行驶车辆，则本车选择定速巡航模式；
若本车前方有行驶车辆，则根据情况，选择巡航控制模式：
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择定速巡航模式；
若本车前方车辆的前车车速大于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离大于安全距离，则本车选择跟车模式；
若本车前方车辆的前车车速小于本车车速，且两车距离小于安全距离，则本车选择制动模式；
当本车选择制动模式时，控制器的控制目标为使两车距离达到安全距离；当本车选择跟车模式时，控制器的控制目标为使得本车车速等于前车车速，两车距离等于安全距离；
跟车模式下的加速度值根据下式计算：
Figure FDA0002946506940000011
式中，a为加速度，单位为m/s2；
ev为速度差，单位为m/s,ev＝vh-vt,vh为本车车速，vt为前车车速；
ed为距离差，单位为m,
Figure FDA0002946506940000012
ds为两车距离，
Figure FDA0002946506940000013
为安全距离；
Figure FDA0002946506940000014
λ1和λ2为遗忘因子；
kp,kd,ki1,ki2分别为比例系数，微分系数，积分系数1和积分系数2；
kp,kd,ki1,ki2，λ1和λ2均由实车试验匹配测得。
2.根据权利要求1所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述前车车速根据本车车速与前车车速之间的速度差及本车车速获得。
3.根据权利要求1所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述安全距离通过公式计算，安全距离
Figure FDA0002946506940000021
式中，S最小为两车之间的最小距离，为1～3米，t时距为车间时距，vt为前车车速。
4.根据权利要求1所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：当本车选择定速巡航模式时，控制器的控制目标为保持本车车速与巡航车速相等。
5.根据权利要求4所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：控制器采用PI控制器，控制器的输入参数为巡航车速与本车车速之间的速度差，控制器输出本车行驶的加速度值。
6.根据权利要求1所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：根据即将碰撞时间及两车相对距离，计算输出加速度值：
当即将碰撞时间小于等于0.8秒时，加速度为最大制动减速度；
当即将碰撞时间大于0.8秒且小于等于1.6秒，根据即将碰撞时间值计算加速度值；
当即将碰撞时间大于1.6秒且小于等于10秒，根据相对距离、相对距离与安全距离的差值和即将碰撞时间值计算加速度值。
7.根据权利要求1所述的自适应巡航控制方法，其特征在于：控制器为速度PID控制器与距离PID控制器的加权，速度PID控制器的输入为本车车速与前车车速之间的速度差，距离PID控制器的输入为两车距离与安全距离之间的差值，控制器输出本车行驶的加速度值。
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