CN116061913A - 基于自适应pid控制的井下车辆防追尾***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***及控制方法，该***实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，获取当前车辆与障碍对象的实时距离；利用决策控制***的实时判定模块将动态监测距离与不同等级距离阈值对比，根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求；针对不同控制需求执行不同控制策略，确定具备行驶干预需求未监测到驾驶员安全操作时，由控制参数决策模块基于对应的安全距离值结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量，利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；采用本方案实现加速度的全面优化决策，能克服现有技术控制过程中行驶不稳、精确度不足的缺陷，实现车辆平顺控制，降低风险概率。

Description

基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***及控制方法
技术领域
本发明涉及车辆自动控制技术领域，尤其涉及一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***及控制方法。
背景技术
由于矿藏储层井下巷道具有道路狭窄、光线不足、车辆运行路线单一的特性，容易造成驾驶员视觉疲劳或注意力不集中，从而引发井下车辆追尾等安全事故，且井下环境追尾事故的影响较大且解除难度大，如井下无轨胶轮车。为了防止发生车辆追尾事故，现有的车辆相关防追尾***通常利用车载传感器探测一定范围内的车辆或障碍物，判断其是否构成安全隐患，并在风险情况下，自动采取措施控制车辆主动避开危险或直接制动。例如专利文件CN112373465A提出了一种无轨胶轮车辅助驾驶***及控制方法，设置视频模块包括驾驶员状态监测摄像仪，所述驾驶员状态监测摄像仪监测驾驶员状态及驾驶行为，当监测到驾驶员有影响行车安全的驾驶行为或驾驶状态时，所述驾驶员状态监测摄像仪发送报警信号至所述控制模块，通过监测驾驶员的驾驶行为及状态，主动预警提示驾驶员，实现安全预防性驾驶；在紧急情况下，自主实现紧急刹车制动。其中未考虑车辆制动过程中速度参数的精确控制，只考虑当前车速和车辆俯仰角信息，并未考虑车辆自身质量因素的影响，由此可能导致制动力不足从而引发安全问题。
另外的，有技术人员针对车辆减速控制中的速度控制进行了研究，例如专利文件CN104002808A中提出了一种汽车主动防碰撞自动制动控制***，包括行人信息获取和处理模块、行车安全状态判断模块及自动控制模块，自动控制模块包括加速度滑模上层控制器和单神经元 PID 下层控制器 ，利用安装在汽车前方的红外摄像头获取前方车辆行人信息并进行行人信息处理，将处理后的结果输送给行车安全状态判断模块，行车安全状态判断模块将危险信号传送给自动控制模块，利用自动控制模块控制车辆减速制动。其利用加速度滑模上层控制器和单神经元 PID 下层控制器，参考实际情况实现加权系数的修正计算，抑制***抖振现象，克服外界干扰，实现车辆速度控制，但是该方案中在进行速度计算时，未考虑车辆自身质量因素的影响，且未考虑停车的精度和停车过程的平顺性，实施效果不好。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***，在一个实施例中，所述***包括：
行驶监测模块，配置为实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度；
决策控制***，其包括实时判定模块和控制参数决策模块；
所述实时判定模块配置为将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
所述控制参数决策模块配置为当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；
控制实施模块，其配置为当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶；
其中，所述距离阈值是由行车安全距离模块针对不同行驶速度引入不同的模拟约束参数确定的，所述模拟约束参数根据不同控制模型的控制需求设置。
优选地，一个实施例中，所述行驶监测模块配置为利用传感器感知车辆周围环境信息，作为环境感测数据，所述传感器包括激光雷达和超声波雷达。
可选地，一个实施例中，所述行车安全距离模块配置为基于不同的控制模型制定车间实距进行模拟计算得到安全距离值；所述控制模型包括固定车距模型、运动学模型和驾驶员模型；
模拟计算安全距离时，根据车辆当前车速和满足约束条件的目标安全加速度计算安全距离；或者
根据不同控制模型的参数要求引入不同情况的车辆行驶速度以及具备约束条件的目标安全加速度和目标安全速度进行计算；得到安全距离值后，根据需求基于安全距离值增设设定距离作为相应车速对应的预警距离值；将不同的车辆行驶速度与对应的控制模型及距离阈值关联存储，以供调用。
进一步地，一个实施例中，所述实时判定模块配置为：
将实时距离与预设的距离阈值对比，若实时距离大于次级预警距离，无操作，重新获取车辆与目标障碍对象的实时距离并对比；
若实时距离小于等于次级预警距离，大于高级安全距离，确定车辆具备预警需求，
若未检测到驾驶员有安全操作，且实时距离小于等于高级安全距离时，确定车辆具备车辆行驶干预需求。
一个实施例中，所述控制参数决策模块配置为：
当确定车辆具备预警需求时，控制生成报警信息并持续输出，同时监测驾驶员的操作状态，获取车辆实时距离，直至确定实时距离大于次级预警距离或者监测到驾驶员有安全操作，停止输出报警信息；
当确定车辆具备车辆行驶干预需求时，控制发出严重报警信息，监测驾驶员的操作，若未监测到驾驶员的安全操作，先根据车辆实时速度和安全距离值确定车辆的目标加速度，进而结合车辆的实时质量计算车辆的控制加速度。
可选地，一个实施例中，所述控制参数决策模块设置上位控制单元，由上位控制单元根据下述方式确定车辆的目标加速度：
；
式中，acc1表示车辆的目标加速度值，v为车辆当前车速，S为当前车辆的安全距离值，S0为预设的安全停车距离。
进一步地，一个实施例中，控制参数决策模块设置下位控制单元，由下位控制单元根据下述方式确定车辆的实时质量m：
；
其中：  ；
驱动力：；
滚动阻力：；
空气阻力：；
坡度阻力：；
加速阻力：；
式中，Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器传动比，i0表示主减速器传动比，η表示传动系的机械效率，g表示重力加速度，f表示滚动阻力系数，α表示坡度，CD表示空气阻力，A表示迎风面积，μa表示计算时的实时车速，δ表示旋转质量换算系数，a表示计算时的实时车辆加速度。
一个优选的实施例中，控制参数决策模块配置为通过下位控制单元根据下述方式确定车辆的控制加速度：
 ；
其中，ea=accdes-a；
；
；
；
式中，acccon为计算的车辆控制加速度，Kp为自适应比例系数，Ki为自适应积分系数，Kd为自适应微分系数，构成自适应PID技术的控制器，ea表示当前目标加速度accdes与自车实际加速度a的误差， m为车辆的实时质量，M为车辆满载质量， kp，ki，kd为初始参数值，kp_ea，ki_ea，kd_ea为参数增益值， kp_max，ki_max，kd_max为参数上限值。
基于上述任意一个或多个实施例中所述***的应用方面，本发明还提供一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***控制方法，所述方法应用于控制如上述任意一个或多个实施例中所述的***，该方法包括。
行驶监测步骤、利用行驶监测模块实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度。
决策控制步骤、通过决策控制***将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，次级预警距离大于高级安全距离；根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
其中，当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数。
控制实施步骤、为当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，由控制实施模块基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶；
其中，所述距离阈值是由行车安全距离模块针对不同行驶速度根据具备约束条件的目标安全加速度设置的。
另一方面，基于上述实施例中所述方法的其他方面，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如上述实施例中所述方法的程序代码。
与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果。
本发明提供的一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***及控制方法，该***实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，获取当前车辆与障碍对象的实时距离；利用决策控制***的实时判定模块将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求；结合实际驾驶需求人性化地进行提醒，设置不同层级的控制措施；同时在满足时设定条件时针对性地激活驾驶员操作信息检测作业，避免监测资源的冗余消耗。
确定车辆具备行驶干预需求未监测到驾驶员安全操作时，由控制参数决策模块基于对应的安全距离值和根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量，利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；进而由控制实施模块基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，有效控制车辆实现防追尾行驶，决策控制参数的过程中，兼顾车辆实时质量数据的影响，提升控制参数的精确性，提高了车辆制动稳定性停车精度，且可以保证车辆停车过程的平顺性，防止了车辆因制动造成的顿挫感，有效降低井下车辆因停车精度不够导致的安全事故发生的概率。
附图说明
图1是本发明一实施例所提供的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***的结构示意图。
图2是本发明实施例所提供基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***中控制参数决策模块的工作原理示意图。
图3是本发明另一实施例所提供基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***实现车辆驾驶干预时的工作结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
计算机设备包括用户设备与网络设备。其中，用户设备或客户端包括但不限于电脑、智能手机、PDA等；网络设备包括但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算的由大量计算机或网络服务器构成的云。计算机设备可单独运行来实现本发明，也可接入网络并通过与网络中的其他计算机设备的交互操作来实现本发明。计算机设备所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、VPN网络等。
这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
为了防止发生车辆追尾事故，现有的车辆相关防追尾***通常利用车载传感器探测一定范围内的车辆或障碍物，判断其是否构成安全隐患，并在风险情况下，自动采取措施控制车辆主动避开危险或直接制动。例如专利文件CN112373465A提出了一种无轨胶轮车辅助驾驶***及控制方法，设置视频模块包括驾驶员状态监测摄像仪，所述驾驶员状态监测摄像仪监测驾驶员状态及驾驶行为，当监测到驾驶员有影响行车安全的驾驶行为或驾驶状态时，所述驾驶员状态监测摄像仪发送报警信号至所述控制模块，通过监测驾驶员的驾驶行为及状态，主动预警提示驾驶员，实现安全预防性驾驶；在紧急情况下，自主实现紧急刹车制动。其中未考虑车辆制动过程中速度参数的精确控制，只考虑当前车速和车辆俯仰角信息，并未考虑车辆自身质量因素的影响，由此可能导致制动力不足从而引发安全问题。
另外的，有技术人员针对车辆减速控制中的速度控制进行了研究，例如专利文件CN104002808A中提出了一种汽车主动防碰撞自动制动控制***，包括行人信息获取和处理模块、行车安全状态判断模块及自动控制模块，自动控制模块包括加速度滑模上层控制器和单神经元 PID 下层控制器 ，利用安装在汽车前方的红外摄像头获取前方车辆行人信息并进行行人信息处理，将处理后的结果输送给行车安全状态判断模块，行车安全状态判断模块将危险信号传送给自动控制模块，利用自动控制模块控制车辆减速制动。其利用加速度滑模上层控制器和单神经元 PID 下层控制器，参考实际情况实现加权系数的修正计算，抑制***抖振现象，克服外界干扰，实现车辆速度控制，但是该方案中在进行速度计算时，未考虑车辆自身质量因素的影响，且未考虑停车的精度和停车过程的平顺性，实施效果不好。
为克服上述不足，本发明提供一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***及控制方法，通过根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，当所述控制参数决策模块配置为当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆与目标障碍车辆之间的距离，结合根据车辆自身实际加速度动态分析车辆的质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数，进而实现车辆的平稳制动；可以保证车辆停车过程的平顺性，有效提高车辆制动稳定性停车精度，从而减少井下车辆因停车精度不够导致的安全事故发生。
接下来基于附图详细描述本发明实施例***的结构组件、连接方式和功能原理。虽然在描述***结构运行原理的过程中示出了各操作的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的操作。
图1示出了本发明实施例一提供的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***的结构示意图，参照图1可知，该***包括。
行驶监测模块，配置为实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度。
决策控制***，其包括实时判定模块和控制参数决策模块；
所述实时判定模块配置为将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，次级预警距离大于高级安全距离；根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
所述控制参数决策模块配置为当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析车辆的质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数。
控制实施模块，其配置为当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶。
其中，所述距离阈值是由行车安全距离模块针对不同行驶速度引入不同的模拟约束参数确定的，所述模拟约束参数根据不同控制模型的控制需求设置。
采用本发明实施例提供的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***，能够为驾驶员提供预警以及辅助制动的安全***，用以减少井下安全事故的发生。控制过程中，兼顾井下车辆质量会随着载运人数的不同而明显变化的特性，考虑行驶中车辆质量对车辆控制的影响因素，实现车辆的准确控制；并且结合车辆停车的平顺行驶约束，保证车辆停车的平顺性，实现精确的停车控制。
具体地，行驶监测模块，配置为实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度。
所述行驶监测模块利用通过传感器感知车辆周围环境信息，识别障碍对象，例如前方的目标障碍车辆，进而获取自车与目标障碍车辆的距离信息；另外，通过传感器获取自车的速度与加速度等信息。
实际应用时，一个可选的实施例中，通过车辆上安装的激光雷达、超声波雷达等传感器感知车辆周围环境信息，进而由行驶监测模块利用设定的算法对目标的位置数据进行运算处理，最终确定前车（障碍车辆）的距离。
优选地，一个实施例中，所述行驶监测模块利用GPS和惯导***获取车辆实时位置信息，进而运算得到自车的行驶速度和加速度数据。
进一步地，设置决策控制***包括实时判定模块和控制参数决策模块；其中，所述实时判定模块配置为将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，次级预警距离大于高级安全距离。
一个可选的实施例中，所述高级安全距离数据是由行车安全距离模块基于不同的控制模型制定车间实距进行模拟计算得到的；所述控制模型包括固定车距模型、运动学模型和驾驶员模型等。
安全距离模块的设置可以实时计算，也可以提前设定速度-距离关系表，将安全距离S输出给下层直接使用实现目标加速度的决策计算；即模拟计算安全距离时，实时根据车辆当前车速和满足约束条件的目标安全加速度计算安全距离；或者
根据不同控制模型的参数要求引入不同情况的车辆行驶速度和具备约束条件的目标安全加速度和目标安全速度值进行计算，将不同的车辆行驶速度与对应的安全距离关联存储，以供调用；可选的实施例中，目标安全加速度绝对值不超过1m/s2；目标安全速度不超过1m/s；其中，目标安全速度值表示车辆最终要模拟的速度，不同控制模型对应的目标安全速度值不同，可以为零也可以不为零。
得到安全距离值后，基于此，根据需求基于安全距离值增设设定距离作为相应车速对应的预警距离值。
进一步地，实际应用过程中，当车辆正常行驶时，车辆主动防追尾***不断地对车辆行驶安全程度进行计算，图2示出了本发明实施例所提供基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***中控制参数决策模块的工作原理示意图；如图2所示，进一步地，由所述控制参数决策模块根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
当自车与目标车辆相对距离大于预先设定的当前车速对应的报警距离区间时，车辆处于安全状态主动防追尾***无任何操作，不干扰驾驶员的正常操作；
当自车与目标车辆相对距离小于预先设定的当前车速对应的报警距离区间时，***发出报警信息，具体地，若相对距离小于等于当前车速设定的预警距离限值，但大于当前车速对应的安全距离值，这种情况则确定车辆控制需求为预警需求，不干预驾驶员的正常操作，生成预警提醒信息输出，同时启动监测驾驶员的操作信息，确定驾驶员是否执行安全操作；
如果检测到驾驶员有安全操作，则停止报警信息；若未检测到驾驶员相应安全操作，则按照设定的周期持续性输出报警信息。
进一步地，当自车与目标车辆相对距离小于当前车速对应的安全距离时，车辆发出严重报警信息，确定具备车辆行驶干预需求，由控制参数决策模块动态计算车辆的控制参数，实现精确平顺制动。
因此，一个可选的实施例中，所述实时判定模块配置为：
将实时距离与预设的距离阈值对比，若实时距离大于次级预警距离，无操作，重新获取车辆与目标障碍对象的实时距离并对比；
若实时距离小于等于次级预警距离，大于高级安全距离，确定车辆具备预警需求，
若未检测到驾驶员有安全操作，且实时距离小于等于高级安全距离时，确定车辆具备车辆行驶干预需求。
进一步地，一个实施例中，所述控制参数决策模块配置为：
当确定车辆具备预警需求时，控制生成报警信息并持续输出，同时监测驾驶员的操作状态，获取车辆实时距离，直至确定实时距离大于次级预警距离或者监测到驾驶员有安全操作，停止输出报警信息；
当确定车辆具备车辆行驶干预需求时，控制发出严重报警信息，监测驾驶员的操作，若未监测到驾驶员的安全操作，先根据车辆实时车速和安全距离值确定车辆的目标加速度，进而结合车辆的实时质量计算车辆的控制加速度。
具体地，当为车辆行驶干预需求时，根据车辆自身实际加速度动态分析车辆的质量，结合驾驶员操作监测结果和匹配的目标加速度利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；未监测到驾驶员的安全操作，则由控制参数决策模块动态计算车辆的控制参数，实现精确平顺制动。
实际应用时，车辆的制动过程中为保障平顺性，避免顿挫感，本申请控制车辆进行匀减速运动，实际应用时，优选控制减加速度不超过1.0m/s2，目的是将车速从当前较高值引导至目标较低车速，通常使较低车速不高于1m/s，以实现更精准的停车控制，保证车辆一定能停到目标位置。该阶段中，由控制参数决策模块根据车辆当前车速和与障碍车辆的相对距离计算车辆匀减速运动的目标加速度；进而结合车辆的实时质量数据，确定适合于当前车辆的控制加速度。
一个可选的实施例中，设置控制参数决策模块包括上位控制单元和下位控制单元；
由上位控制单元根据车辆当前车速和与障碍车辆的相对距离计算车辆匀减速运动的目标加速度；
由下位控制单元实时分析车辆的实时质量数据，并基于自适应PID控制技术结合车辆的实时质量数据确定适合于当前车辆的控制加速度。
其中，上位控制单元可采用上位控制器，配置为按照下式的逻辑计算匀减速行驶阶段的目标加速度：
；
式中，acc1表示车辆匀减速阶段的目标加速度理论值，v为车辆当前车速，S为当前车辆的安全距离值，S0为预设的安全停车距离，所述停车距离为停车位置与目标障碍车辆（前车）之间的安全距离，比如3m~5m，以车辆制动过程中不会撞到前车。
进一步地，一个优选的实施例中，实时监测当前车辆与停车点之间的距离和实时车速，当监测到车辆距离停车点距离小于设定刹车距离或车速低于设定刹停速度时，设定车辆的减加速度为设定刹停加速度值，使得车辆最终刹停。
可选地，实际应用时可设置为当监测到车辆距离停车点距离小于10cm或车速低于0.1m/s时，设定车辆的减加速度（目标加速度）acc2=-1m/s2，使得车辆最终刹停。
基于此，本申请研究人员进一步考虑到井下车辆质量会随着载运人数的不同而明显变化的特性，考虑行驶中车辆质量对车辆控制的影响因素，实际行驶加速度会收到车辆质量变化的影响体现出不同的效果，因此，本申请在计算车辆实际控制加速度时，结合车辆的实时质量进行分析；首先基于车辆动力学模型实现车辆的动态质量估计，然后通过PID自适应控制器实现车辆的准确控制。
下位控制单元可采用下位控制器，可选的实施例中，由下位控制单元根据车辆自身实际加速度动态确定车辆的质量，具体地，按下式逻辑确定车辆的实时质量：
；
其中：根据汽车行驶方程可得：
；
驱动力：；
滚动阻力：；
空气阻力：；
坡度阻力：；
加速阻力：；
式中，Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器传动比，i0表示主减速器传动比，η表示传动系的机械效率，g表示重力加速度，f表示滚动阻力系数，α表示坡度，CD表示空气阻力，A表示迎风面积，μa表示计算时的实时车速，δ表示旋转质量换算系数，a表示计算时的实时车辆加速度。
进一步地，由控制参数决策模块根据上述计算的理论性目标加速度，结合车辆的实时质量数据确定出当前车辆适合的控制加速度。
优选地，一个实施例中，所述控制参数决策模块按照下式确定车辆对应的控制加速度：
；
其中，ea=accdes-a；
；
；
；
式中，acccon为计算的车辆控制加速度，Kp为自适应比例系数，Ki为自适应积分系数，Kd为自适应微分系数，构成自适应PID技术的控制器，ea表示当前目标加速度accdes为计算得到的目标计算速度，可为acc1或acc2， m为车辆的实时质量，M为车辆满载质量，kp，ki，kd为初始参数值， kp_ea，ki_ea，kd_ea为参数增益值， kp_max，ki_max，kd_max为参数上限值。
进一步地，由控制实施***基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令发送至车辆底盘机构，控制车辆实现防追尾行驶。
一个可选的实施例中，若acccon大于0，则生成相应指令控制车辆油门开度；若acccon小于0，则生成相应指令控制车辆刹车开度，如图3所示。
采用本发明实施例的井下车辆防追尾***，通过根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，当所述控制参数决策模块配置为当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆与目标障碍车辆之间的距离，结合根据车辆自身实际加速度动态分析车辆的质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数，进而实现车辆的平稳制动；可以保证车辆停车过程的平顺性，有效提高车辆制动稳定性停车精度。
本发明实施例提供的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***中，各个模块或单元结构可以根据实际数据采集需求和决策运算需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。
上述本发明公开的实施例中详细描述了***，基于上述任意一个或多个实施例中所述***的其他方面，本发明还提供一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾控制方法，该方法应用于上述任意一个或多个实施例中所述的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***。下面给出具体的实施例进行详细说明。
具体地，一个优选的实施例中，本发明实施例中提供的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾控制方法包括：
行驶监测步骤、实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度。
决策控制步骤、其包含实时判定步骤和控制参数决策步骤；其中，
所述实时判定步骤包括：将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
所述控制参数决策步骤包括：当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数。
控制实施步骤、确定车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶。
其中，所述距离阈值是通过行车安全距离模块针对不同行驶速度引入不同的模拟约束参数确定的，所述模拟约束参数根据不同控制模型的控制需求设置。
进一步地，一个实施例中，在所述行驶监测步骤中，利用传感器感知车辆周围环境信息，作为环境感测数据，所述传感器包括激光雷达和超声波雷达。
一个优选的实施例中，通过行车安全距离模块确定距离阈值的过程包括：
基于不同的控制模型制定车间实距进行模拟计算得到安全距离值；所述控制模型包括固定车距模型、运动学模型和驾驶员模型。
模拟计算安全距离时，实时根据车辆当前车速和满足约束条件的目标安全加速度计算安全距离；或者
根据不同控制模型的参数要求引入不同情况的车辆行驶速度以及具备约束条件的目标安全加速度和目标安全速度进行计算；得到安全距离值后，根据需求基于安全距离值增设设定距离作为相应车速对应的预警距离值；将不同的车辆行驶速度与对应的控制模型及距离阈值关联存储，以供调用。
可选地，一个实施例中，在所述实时判定步骤中，包括：
将实时距离与预设的距离阈值对比，若实时距离大于次级预警距离，无操作，重新获取车辆与目标障碍对象的实时距离并对比；
若实时距离小于等于次级预警距离，大于高级安全距离，确定车辆具备预警需求，
若未检测到驾驶员有安全操作，且实时距离小于等于高级安全距离时，确定车辆具备车辆行驶干预需求。
进一步地，一个实施例中，在控制参数决策步骤中，包括：
当确定车辆具备预警需求时，控制生成报警信息并持续输出，同时监测驾驶员的操作状态，获取车辆实时距离，直至确定实时距离大于次级预警距离或者监测到驾驶员有安全操作，停止输出报警信息；
当确定车辆具备车辆行驶干预需求时，控制发出严重报警信息，监测驾驶员的操作，若未监测到驾驶员的安全操作，先根据车辆实时车速和安全距离值确定车辆的目标加速度，进而结合车辆的实时质量计算车辆的控制加速度。
一个可选的实施例中，在控制参数决策步骤中，由上位控制单元根据下述方式确定车辆的目标加速度：
；
式中，acc1表示车辆的目标加速度值，v为车辆当前车速，S为当前车辆的安全距离值，S0为预设的安全停车距离。
一个实施例中，在控制参数决策步骤中，由下位控制单元根据下述方式确定车辆的实时质量m：
；
其中：  ；
驱动力：；
滚动阻力：；
空气阻力：；
坡度阻力：；
加速阻力：；
式中，Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器传动比，i0表示主减速器传动比，η表示传动系的机械效率，g表示重力加速度，f表示滚动阻力系数，α表示坡度，CD表示空气阻力，A表示迎风面积，μa表示计算时的实时车速，δ表示旋转质量换算系数，a表示计算时的实时车辆加速度。
进一步地，一个可选的实施例中，在控制参数决策步骤中，通过下位控制单元根据下述方式确定车辆的控制加速度：
；
其中，ea=accdes-a；
；
；
；
式中，acccon为计算的车辆控制加速度，Kp为自适应比例系数，Ki为自适应积分系数，Kd为自适应微分系数，构成自适应PID技术的控制器，ea表示当前目标加速度accdes与自车实际加速度a的误差， m为车辆的实时质量，M为车辆满载质量， kp，ki，kd为初始参数值，kp_ea，ki_ea，kd_ea为参数增益值， kp_max，ki_max，kd_max为参数上限值。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以通过将上述实施例中的某一个或某几个进行结合来得到新的井下车辆防追尾控制方法，以实现对井下作业车辆的高精度安全控制。
需要说明的是，基于本发明上述任意一个或多个实施例中的方法，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如述任意一个或多个实施例中所述方法的程序代码，该代码***作***执行时能够实现如上所述的基于自适应PID控制的井下车辆防追尾控制方法。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。
说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

Claims (10)

1.一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***，其特征在于，所述***包括：
行驶监测模块，配置为实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度；
决策控制***，其包括实时判定模块和控制参数决策模块；
所述实时判定模块配置为将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
所述控制参数决策模块配置为当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；
控制实施模块，其配置为当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶；
其中，所述距离阈值是由行车安全距离模块针对不同行驶速度引入不同的模拟约束参数确定的，所述模拟约束参数根据不同控制模型的控制需求设置。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述行驶监测模块配置为利用传感器感知车辆周围环境信息，作为环境感测数据，所述传感器包括激光雷达和超声波雷达。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述行车安全距离模块配置为基于不同的控制模型制定车间实距进行模拟计算得到安全距离值；所述控制模型包括固定车距模型、运动学模型和驾驶员模型；
模拟计算安全距离时，实时根据车辆当前车速和满足约束条件的目标安全加速度计算安全距离；或者
根据不同控制模型的参数要求引入不同情况的车辆行驶速度以及具备约束条件的目标安全加速度和目标安全速度进行计算；得到安全距离值后，根据需求基于安全距离值增设设定距离作为相应车速对应的预警距离值；将不同的车辆行驶速度与对应的控制模型及距离阈值关联存储，以供调用。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述实时判定模块配置为：
将实时距离与预设的距离阈值对比，若实时距离大于次级预警距离，无操作，重新获取车辆与目标障碍对象的实时距离并对比；
若实时距离小于等于次级预警距离，大于高级安全距离，确定车辆具备预警需求，
若未检测到驾驶员有安全操作，且实时距离小于等于高级安全距离时，确定车辆具备车辆行驶干预需求。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制参数决策模块配置为：
当确定车辆具备预警需求时，控制生成报警信息并持续输出，同时监测驾驶员的操作状态，获取车辆实时距离，直至确定实时距离大于次级预警距离或者监测到驾驶员有安全操作，停止输出报警信息；
当确定车辆具备车辆行驶干预需求时，控制发出严重报警信息，监测驾驶员的操作，若未监测到驾驶员的安全操作，先根据车辆实时速度和安全距离值确定车辆的目标加速度，进而结合车辆的实时质量计算车辆的控制加速度。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制参数决策模块设置上位控制单元，由上位控制单元根据下述方式确定车辆的目标加速度：
式中，acc1表示车辆的目标加速度值，v为车辆当前车速，S为当前车辆的安全距离值，S0为预设的安全停车距离。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，控制参数决策模块设置下位控制单元，由下位控制单元根据下述方式确定车辆的实时质量m：
其中： 
驱动力：
滚动阻力：
空气阻力：
坡度阻力：
加速阻力：
式中，Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器传动比，i0表示主减速器传动比，η表示传动系的机械效率，g表示重力加速度，f表示滚动阻力系数，α表示坡度，CD表示空气阻力，A表示迎风面积，μa表示计算时的实时车速，δ表示旋转质量换算系数，a表示计算时的实时车辆加速度。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，控制参数决策模块配置为通过下位控制单元根据下述方式确定车辆的控制加速度：
其中，ea=accdes-a；
式中，acccon为计算的车辆控制加速度，Kp 为自适应比例系数，Ki 为自适应积分系数，Kd为自适应微分系数，构成自适应PID技术的控制器，ea表示当前目标加速度accdes与自车实际加速度a的误差， m为车辆的实时质量，M为车辆满载质量， kp，ki，kd为初始参数值，kp_ea，ki_ea，kd_ea为参数增益值， kp_max，ki_max，kd_max为参数上限值。
9.一种基于自适应PID控制的井下车辆防追尾***控制方法，其特征在于，所述方法应用于控制如权利要求1~8中任一项所述的***，该方法包括：
行驶监测步骤、利用行驶监测模块实时采集当前车辆的行驶参数和环境感测数据，基于环境感测数据识别相关的障碍对象，并获取当前车辆与障碍对象的实时距离作为动态监测距离，所述行驶参数包括行驶速度和加速度；
决策控制步骤、通过决策控制***将动态监测距离与不同等级的距离阈值对比，所述距离阈值包括次级预警距离和高级安全距离，次级预警距离大于高级安全距离；根据距离对比结果确定匹配的不同等级车辆控制需求，车辆控制需求包括预警需求或车辆行驶干预需求；
其中，当为车辆行驶干预需求时，根据驾驶员操作监测结果和车辆对应的安全距离值，结合根据车辆自身实际加速度动态分析的车辆实时质量利用自适应PID控制技术计算车辆的控制参数；
控制实施步骤、为当车辆控制需求为车辆行驶干预需求时，由控制实施模块基于车辆动力学模型根据车辆的控制参数决策车辆油门和刹车的操作指令，控制车辆实现防追尾行驶；
其中，所述距离阈值是由行车安全距离模块针对不同行驶速度根据具备约束条件的目标安全加速度设置的。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有可实现如权利要求9中所述方法的程序代码。
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