一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于：它包括信息采集單元、換道預(yù)警單元、自適應(yīng)巡航控制單元和車輛動(dòng)力學(xué)單元；信息采集單元采集車輛的行駛狀態(tài)信息，并對(duì)行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理發(fā)送到換道預(yù)警單元和自適應(yīng)巡航控制單元；換道預(yù)警單元根據(jù)接收的車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算自車與周邊車輛之間的換道最小安全距離，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)換道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警，并將判斷結(jié)果發(fā)送到自適應(yīng)巡航控制單元；自適應(yīng)控制單元根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)信息以及換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果選擇控制模式，并計(jì)算車輛縱向駕駛需要的期望縱向加速度，將計(jì)算得到的期望縱向加速度發(fā)送到車輛動(dòng)力學(xué)單元；車輛動(dòng)力學(xué)單元將期望縱向加速度轉(zhuǎn)化為期望節(jié)氣門開度或制動(dòng)壓力，并將其發(fā)送到車輛對(duì)象，完成對(duì)車輛對(duì)象的縱向控制。
【專利說明】一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛縱向行駛安全領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種具有換道輔助功能的車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為駕駛輔助系統(tǒng)(DAS, Driver Assistance Systems)的典型代表之一，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC, Adaptive Cruise Control System)能夠提升行駛安全、改善交通擁堵和緩解駕駛疲勞，已經(jīng)得到研究機(jī)構(gòu)和汽車企業(yè)的廣泛認(rèn)可與關(guān)注。迄今為止，ACC系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，然而，現(xiàn)有ACC系統(tǒng)在換道這一危險(xiǎn)工況下還存在一定局限性:當(dāng)駕駛員產(chǎn)生換道意圖后，現(xiàn)有ACC系統(tǒng)未能對(duì)換道可行性進(jìn)行分析；而且也未能對(duì)跟車目標(biāo)的轉(zhuǎn)換進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而對(duì)駕駛員換道行為造成阻礙；另外現(xiàn)有ACC系統(tǒng)的換道局限性增加了駕駛員對(duì)系統(tǒng)的手動(dòng)干預(yù)頻率，影響駕駛舒適性。
[0003]現(xiàn)有ACC系統(tǒng)欲對(duì)駕駛員換道行為進(jìn)行縱向輔助，在換道安全方面，需要對(duì)換道可行性進(jìn)行綜合判斷，然而現(xiàn)有的換道預(yù)警系統(tǒng)主要關(guān)注目標(biāo)車道后車，沒有考慮自車與周邊其他車輛之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，不能對(duì)換道的綜合風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。另外，在換道控制方面，需要解決換道過程中自車與兩輛前車之間的跟蹤性、自車與周邊環(huán)境多車輛之間的安全性以及駕駛員縱向感受舒適性這三個(gè)方面的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，目前還沒有針對(duì)這一問題的良好解決方法。雖然也有人提出在現(xiàn)有ACC系統(tǒng)增加自動(dòng)換道功能，但是其存在兩方面問題:第一，ACC系統(tǒng)只控制車輛的縱向運(yùn)動(dòng)，而自動(dòng)控制系統(tǒng)還需要對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，二者在執(zhí)行器控制方面的差異容易擾亂駕駛員的操縱感；第二，自動(dòng)換道系統(tǒng)只控制單車輛完成換道行為，忽略了自車在換道過程中與周邊車輛的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系，安全性難以保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在換道工況下能夠?qū)χ苓叚h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷和預(yù)警，并對(duì)駕駛員換道行為進(jìn)行縱向輔助的車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括一信息采集單元、一換道預(yù)警單元、一自適應(yīng)巡航控制單元和一車輛動(dòng)力學(xué)單元；所述信息采集單元用于同時(shí)采集自車與周邊車輛的行駛狀態(tài)信息，并對(duì)采集的自車與周邊車輛的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理獲取有效運(yùn)動(dòng)信息，并將有效運(yùn)動(dòng)信息分別發(fā)送到所述換道預(yù)警單元和自適應(yīng)巡航控制單元；所述換道預(yù)警單元根據(jù)接收的自車與周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算自車與周邊車輛之間的換道最小安全距離，根據(jù)計(jì)算得到的換道最小安全距離對(duì)換道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警，并將換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果發(fā)送到自適應(yīng)巡航控制單元；所述自適應(yīng)控制單元根據(jù)自車與周圍車輛信息的有效運(yùn)動(dòng)信息以及換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果選擇控制模式，并根據(jù)所選擇的控制模式計(jì)算車輛縱向駕駛需要的期望縱向加速度，將計(jì)算得到的期望縱向加速度發(fā)送到所述車輛動(dòng)力學(xué)單元；所述車輛動(dòng)力學(xué)單元將期望縱向加速度轉(zhuǎn)化為期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力，并將期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力發(fā)送到車輛對(duì)象，完成對(duì)車輛對(duì)象的縱向控制。
[0006]所述信息采集單元包括一自車信息采集模塊、一信息處理模塊和一無線通訊設(shè)備；所述自車信息采集模塊用于采集自車的行駛狀態(tài)信息，并將采集的自車行駛狀態(tài)信息發(fā)送到所述信息處理模塊；所述無線通訊設(shè)備用于獲取自車附近周邊其他車輛的行駛狀態(tài)信息，并將獲取的附近其他車輛的行駛狀態(tài)信息發(fā)送到所述信息處理模塊；所述信息處理模塊根據(jù)附近周邊車輛與自車的縱橫向位置的相關(guān)信息，篩選出原始車道前車、原始車道后車、目標(biāo)車道前車和目標(biāo)車道后車這四輛周邊車輛，并提取各車輛的縱向位置、縱向速度、縱向加速度和橫向位置。
[0007]所述換道預(yù)警單元包括一換道最小安全距離計(jì)算模塊、一預(yù)警決策模塊和一預(yù)警執(zhí)行模塊；所述換道最小安全距離計(jì)算模塊根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)得知駕駛員產(chǎn)生換道意圖后，根據(jù)接收的自車和周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，從跟車與避撞的角度出發(fā)分別計(jì)算自車與周邊環(huán)境車輛之間的換道最小安全距離，并將計(jì)算得到的換道最小安全距離發(fā)送到所述預(yù)警決策模塊；所述預(yù)警決策模塊將自車與周邊環(huán)境車輛的實(shí)際車間距離與預(yù)設(shè)的換道最小安全距離值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)任一實(shí)際車間距離小于相應(yīng)換道最小安全距離值，認(rèn)為換道存在風(fēng)險(xiǎn)，所述預(yù)警決策模塊將判斷結(jié)果發(fā)送到預(yù)警執(zhí)行模塊和自適應(yīng)巡航控制單元，當(dāng)換道存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，所述預(yù)警執(zhí)行模塊開始報(bào)警，此時(shí)所述自適應(yīng)巡航控制單元不對(duì)換道行為進(jìn)行輔助，預(yù)警過程中，若駕駛員及時(shí)取消換道，預(yù)警解除；當(dāng)換道沒有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，所述預(yù)警執(zhí)行模塊不報(bào)警，所述自適應(yīng)巡航控制單元對(duì)換道行為進(jìn)行輔助。
[0008]所述自適應(yīng)巡航控制單元包括一換道意圖識(shí)別模塊和一巡航模式選擇模塊，所述巡航模式選擇模塊中包括巡航模式、常規(guī)ACC模式和LCACC模式三種控制模式；所述換道意圖識(shí)別模塊判斷得知駕駛員沒有換道意圖時(shí)，若原始車道前方車輛與自車的車間狀態(tài)位于常規(guī)ACC模式工作范圍以內(nèi)，則進(jìn)入常規(guī)ACC模式，否則進(jìn)入巡航模式；當(dāng)所述換道意圖識(shí)別模塊得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)所述換道預(yù)警單元輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道存在風(fēng)險(xiǎn)，所述換道預(yù)警單元對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警，則所述自適應(yīng)巡航控制單元維持原巡航模式，繼續(xù)維持與原始車道前車的跟車行駛；當(dāng)所述換道意圖識(shí)別模塊得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)所述換道預(yù)警單元輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道沒有風(fēng)險(xiǎn)，所述進(jìn)入LCACC模式，換道結(jié)束后切出該模式；換道開始后，LCACC包括前車跟蹤模式和巡航模式，當(dāng)自車與目標(biāo)車道前車的車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以內(nèi)時(shí)，進(jìn)入兩前車跟蹤模式；當(dāng)該車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以外時(shí)，目標(biāo)車道具有足夠換道空間，進(jìn)入巡航模式。
[0009]進(jìn)入LCACC模式的車輛多目標(biāo)協(xié)調(diào)換道輔助自適應(yīng)巡航控制方法過程為:1)根據(jù)兩前車跟蹤性、多車運(yùn)動(dòng)安全性和縱向駕駛舒適性的需求目標(biāo)，設(shè)定LCACC的綜合性能指標(biāo)，其中，LCACC的綜合性能指標(biāo)包括代價(jià)函數(shù)和I/O約束LCACC代價(jià)函數(shù)的設(shè)定:a)利用自車與兩輛前車的車距誤差和車速誤差的二范數(shù)線性組合建立跟蹤性代價(jià)函數(shù)山)利用約束縱向加速度建立舒適性代價(jià)函數(shù)LCACC I/O約束的設(shè)定:a)在跟蹤性能方面，利用駕駛員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到用于限制車速誤差和車距誤差的駕駛員容許的跟車誤差約束；b)在安全性能方面，從跟車和避撞的角度出發(fā)，約束自車與周邊多車輛之間的安全距離；c)在舒適性能方面，約束期望縱向加速度的取值范圍；2)建立多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，采用滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化算法求解多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，得到最優(yōu)控制量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明設(shè)置有具有換道輔助功能的自適應(yīng)巡航控制單元，自適應(yīng)巡航控制單元能夠結(jié)合自車信息、周邊多車輛信息以及換道預(yù)警信息，在CC模式、常規(guī)ACC模式和LCACC模式之間平滑切換，使得車輛縱向控制更加符合駕駛員期望，自車在換道過程中能夠與周邊車輛的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，因此能夠解決了常規(guī)ACC對(duì)換道的阻礙問題，對(duì)車輛縱向行為進(jìn)行多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制，能夠及時(shí)對(duì)換道的綜合風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，從而改善常規(guī)ACC在換道工況下的功能局限，提高系統(tǒng)的可接受度，有效保證車輛換道安全，避免事故發(fā)生。2、本發(fā)明設(shè)置有換道預(yù)警單元，換道預(yù)警單元根據(jù)接收的自車與周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算自車與周邊車輛之間的換道最小安全距離，根據(jù)計(jì)算得到的換道最小安全距離對(duì)換道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警，因此本發(fā)明的換道預(yù)警單元綜合考慮自車與周邊多車輛之間的換道安全距離，能夠?qū)Q道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面判斷和預(yù)警，提醒駕駛員換道存在的風(fēng)險(xiǎn)。3、本發(fā)明進(jìn)入LCACC模式的車輛多目標(biāo)協(xié)調(diào)換道輔助自適應(yīng)巡航控制首先根據(jù)兩前車跟蹤性、多車運(yùn)動(dòng)安全性和縱向駕駛舒適性的需求目標(biāo)，設(shè)定LCACC的綜合性能指標(biāo)，并建立多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，采用滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化算法求解多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，得到最優(yōu)控制量，實(shí)現(xiàn)自車優(yōu)化控制，因此本發(fā)明通過建立多目標(biāo)優(yōu)化問題，很好解決了換道過程中兩前車跟蹤性、多車運(yùn)動(dòng)安全性和縱向駕駛舒適性三者之間的綜合優(yōu)化協(xié)調(diào)，有效保障自車換道安全，防止追尾事故的發(fā)生；LCACC代價(jià)函數(shù)的設(shè)定首先利用自車與兩輛前車的車距誤差和車速誤差的二范數(shù)線性組合建立跟蹤性代價(jià)函數(shù)；然后利用約束縱向加速度建立舒適性代價(jià)函數(shù)，跟蹤性代價(jià)函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)換道過程中自車與原始車道前車、目標(biāo)車道前車這兩輛車之間的協(xié)調(diào)跟蹤問題，通過提前優(yōu)化期望縱向加速度，降低了換道后的跟車調(diào)整時(shí)間，通過設(shè)計(jì)雙目標(biāo)的連續(xù)切換方法，避免常規(guī)ACC中跟車目標(biāo)突變引起的期望加速度突變；LCACCI/0約束的設(shè)定首先在跟蹤性能方面，利用駕駛員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到用于限制車速誤差和車距誤差的駕駛員容許的跟車誤差約束；其次在安全性能方面，從跟車和避撞的角度出發(fā)，約束自車與周邊多車輛之間的安全距離；另外在舒適性能方面，約束期望縱向加速度的取值范圍；因此跟蹤性I/O約束保證了車距誤差和車速誤差在駕駛員期望誤差范圍以內(nèi)，符合駕駛員跟車期望；安全性I/O約束，使得自車與周邊多車輛之間的車距盡量保持在安全跟車范圍以內(nèi)，提升了駕駛安全性；舒適性I/O約束，通過約束期望縱向加速度的變化量和取值范圍，保證加速和制動(dòng)強(qiáng)度，使得自車縱向運(yùn)動(dòng)過程符合駕駛員縱向舒適性要求。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于車輛的換道過程中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明LCACC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明LCACC系統(tǒng)中信息采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明LCACC系統(tǒng)中換道預(yù)警單元的工作流程示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明LCACC系統(tǒng)中自適應(yīng)巡航控制單元的工作流程示意圖；
[0015]圖5是本發(fā)明LCACC系統(tǒng)中LCACC控制器的控制原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明在現(xiàn)有車輛的駕駛控制系統(tǒng)中設(shè)置一換道輔助自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(LCACC, Adaptive Cruise Control with Lane Change Assist),它包括一信息米集單元1、一換道預(yù)警單元2、一自適應(yīng)巡航控制單元3和一車輛動(dòng)力學(xué)單元4 ;信息采集單元I用于同時(shí)采集自車與周邊環(huán)境車輛的行駛狀態(tài)信息，并對(duì)采集的自車與周邊環(huán)境車輛的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理獲取有效運(yùn)動(dòng)信息，并將有效運(yùn)動(dòng)信息分別發(fā)送到換道預(yù)警單元2和自適應(yīng)巡航控制單元3 ;換道預(yù)警單元2根據(jù)接收的自車與周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算自車與周邊環(huán)境車輛之間的換道最小安全距離，根據(jù)計(jì)算得到的換道最小安全距離對(duì)換道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警，并將換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果發(fā)送到自適應(yīng)巡航控制單元3 ；自適應(yīng)控制單元3根據(jù)自車與周圍環(huán)境車輛信息的有效運(yùn)動(dòng)信息以及換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果選擇控制模式，并根據(jù)所選擇的控制模式計(jì)算車輛縱向駕駛需要的期望縱向加速度，將計(jì)算得到的期望縱向加速度發(fā)送到車輛動(dòng)力學(xué)單元4;車輛動(dòng)力學(xué)單元4將期望縱向加速度轉(zhuǎn)化為期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力，并將期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力發(fā)送到車輛對(duì)象，完成對(duì)車輛對(duì)象的縱向控制。
[0018]上述實(shí)施例中，如圖1、圖2所示，信息采集單元I包括一自車信息采集模塊11、一信息處理模塊12和一無線通訊設(shè)備13。自車信息采集模塊11用于采集自車的行駛狀態(tài)信息，即包括自車的縱向位置、縱向速度、節(jié)氣門開度、制動(dòng)主缸壓力、方向盤轉(zhuǎn)角和橫向位置，并將采集的自車行駛狀態(tài)信息發(fā)送到信息處理模塊12 ;無線通訊設(shè)備13用于獲取自車附近周邊其他車輛的行駛狀態(tài)信息，即包括周邊其他車輛的縱向位置、縱向速度、縱向加速度和橫向位置，并將獲取的附近其他車輛的行駛狀態(tài)信息發(fā)送到信息處理模塊12，其中，自車周邊附近車輛包括四輛車，分別為自車所在車道的前方車輛信息(原始車道前車)、自車所在車道的后方車輛信息(原始車道后車)、自車換道目標(biāo)車道的前方車輛信息(目標(biāo)車道前車)、自車換道目標(biāo)車道的后方車輛信息(目標(biāo)車道車);信息處理模塊12根據(jù)附近周邊車輛與自車的縱橫向位置的相關(guān)信息，篩選出原始車道前車、原始車道后車、目標(biāo)車道前車和目標(biāo)車道后車這四輛周邊車輛，并提取各車輛的縱向位置、縱向速度、縱向加速度和橫向位置等。無線通訊設(shè)備13可以米用DSRC(Dedicated Short Range Communication)通訊設(shè)備。
[0019]上述各實(shí)施例中，如圖1、圖3所示，換道預(yù)警單元2包括一換道最小安全距離計(jì)算模塊21、一預(yù)警決策模塊22和一預(yù)警執(zhí)行模塊23。換道最小安全距離計(jì)算模塊21根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)得知駕駛員產(chǎn)生換道意圖后，根據(jù)接收的自車和周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，從跟車與避撞的角度出發(fā)分別計(jì)算自車與周邊環(huán)境車輛(原始車道前車、原始車道后車、目標(biāo)車道前車和目標(biāo)車道后車)之間的換道最小安全距離，并將計(jì)算得到的換道最小安全距離發(fā)送到預(yù)警決策模塊22。預(yù)警決策模塊22將自車與周邊環(huán)境車輛的實(shí)際車間距離與預(yù)設(shè)的換道最小安全距離值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)任一實(shí)際車間距離小于相應(yīng)換道最小安全距離值，認(rèn)為換道存在風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)警決策模塊22將判斷結(jié)果發(fā)送到預(yù)警執(zhí)行模塊23和自適應(yīng)巡航控制單元3。當(dāng)換道存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，預(yù)警執(zhí)行模塊23開始報(bào)警，此時(shí)自適應(yīng)巡航控制單元3不對(duì)換道行為進(jìn)行輔助，預(yù)警過程中，若駕駛員及時(shí)取消換道，預(yù)警解除。當(dāng)換道沒有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，預(yù)警執(zhí)行模塊23不報(bào)警，自適應(yīng)巡航控制單元3對(duì)換道行為進(jìn)行輔助。
[0020]上述各實(shí)施例中，如圖1、圖4所示，自適應(yīng)巡航控制單元3根據(jù)自車與周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息以及換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果對(duì)具體巡航模式進(jìn)行判斷，自適應(yīng)巡航控制單元3包括一換道意圖識(shí)別模塊31和一巡航模式選擇模塊32，其中巡航模式選擇模塊中包括巡航模式(CC模式)、常規(guī)ACC模式和LCACC模式三種控制模式。
[0021]當(dāng)換道意圖識(shí)別模塊31根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角判斷得知駕駛員沒有換道意圖時(shí)，若原始車道前方車輛與自車的車間狀態(tài)位于常規(guī)ACC模式工作范圍以內(nèi)，則進(jìn)入常規(guī)ACC模式，否則進(jìn)入巡航模式；
[0022]當(dāng)換道意圖識(shí)別模塊31根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角判斷得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)換道預(yù)警單元2輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道存在風(fēng)險(xiǎn)，換道預(yù)警單元2對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警，則自適應(yīng)巡航控制單元3維持原巡航模式，繼續(xù)維持與原始車道前車的跟車行駛，原巡航模式在一定程度上對(duì)駕駛員換道縱向速度造成阻礙，降低駕駛員換道意圖，從而實(shí)現(xiàn)安全輔助；
[0023]當(dāng)換道意圖識(shí)別模塊31根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角，判斷得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)換道預(yù)警單元2輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道沒有風(fēng)險(xiǎn)，則自適應(yīng)巡航控制單元進(jìn)入LCACC模式，換道結(jié)束后切出該模式；換道之前和換道之后，在單車道跟車行駛工況下，當(dāng)車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入常規(guī)ACC模式，否則為巡航模式。以上三種模式中，其中巡航模式和常規(guī)ACC模式的控制過程為現(xiàn)有技術(shù)，不再進(jìn)行贅述，本發(fā)明主要針對(duì)LCACC控制過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]如圖5所示，進(jìn)入LCACC模式的前提是換道之前車輛處于ACC模式，即自車與自車車道前車的車間狀態(tài)處于ACC工作范圍以內(nèi)，換道開始后，LCACC包括兩種兩前車跟蹤模式和巡航模式兩種控制模式，當(dāng)自車與目標(biāo)車道前車的車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以內(nèi)時(shí)，進(jìn)入兩前車跟蹤 模式；當(dāng)該車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以外時(shí)，目標(biāo)車道具有足夠換道空間，進(jìn)入巡航模式。
[0025]當(dāng)進(jìn)入兩前車跟蹤模式中，需要協(xié)調(diào)自車與兩輛前車的跟蹤性，兼顧自車與周邊環(huán)境車輛的車間運(yùn)動(dòng)安全性，考慮駕駛員縱向舒適性感受，實(shí)現(xiàn)換道輔助過程中跟蹤性、安全性和舒適性的整體優(yōu)化，本發(fā)明的車輛多目標(biāo)協(xié)調(diào)換道輔助自適應(yīng)巡航控制方法以模型預(yù)測(cè)控制(MPC, Model Predictive Control)理論為基礎(chǔ)的,包括以下步驟:
[0026]1、控制對(duì)象建模，在LCACC系統(tǒng)中，控制對(duì)象建模主要涉及三個(gè)方面:自車動(dòng)力學(xué)模型、旁車動(dòng)力學(xué)模型以及駕駛員期望跟車模型。
[0027]I)根據(jù)車輛對(duì)象的縱向動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立自車動(dòng)力學(xué)模型
[0028]建立自車動(dòng)力學(xué)模型以一階慣性遲滯傳遞函數(shù)描述實(shí)際縱向加速度與期望縱向加速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系:
[0029]ax =axdes(I)

7> + 1
[0030]式中，ax為實(shí)際縱向加速度，Kg為函數(shù)增益，TgS為時(shí)間常數(shù)。
[0031]結(jié)合自車的縱向運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，建立自車的縱向動(dòng)力學(xué)模型為:
[0032]=AontXh +ScontM(2)
【權(quán)利要求】
1.一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括一信息采集單元、一換道預(yù)警單元、一自適應(yīng)巡航控制單元和一車輛動(dòng)力學(xué)單元；所述信息采集單元用于同時(shí)采集自車與周邊車輛的行駛狀態(tài)信息，并對(duì)采集的自車與周邊車輛的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理獲取有效運(yùn)動(dòng)信息，并將有效運(yùn)動(dòng)信息分別發(fā)送到所述換道預(yù)警單元和自適應(yīng)巡航控制單元；所述換道預(yù)警單元根據(jù)接收的自車與周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算自車與周邊車輛之間的換道最小安全距離，根據(jù)計(jì)算得到的換道最小安全距離對(duì)換道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警，并將換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果發(fā)送到自適應(yīng)巡航控制單元；所述自適應(yīng)控制單元根據(jù)自車與周圍車輛信息的有效運(yùn)動(dòng)信息以及換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果選擇控制模式，并根據(jù)所選擇的控制模式計(jì)算車輛縱向駕駛需要的期望縱向加速度，將計(jì)算得到的期望縱向加速度發(fā)送到所述車輛動(dòng)力學(xué)單元；所述車輛動(dòng)力學(xué)單元將期望縱向加速度轉(zhuǎn)化為期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力，并將期望節(jié)氣門開度或期望制動(dòng)壓力發(fā)送到車輛對(duì)象，完成對(duì)車輛對(duì)象的縱向控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信息采集單元包括一自車信息采集模塊、一信息處理模塊和一無線通訊設(shè)備；所述自車信息采集模塊用于采集自車的行駛狀態(tài)信息，并將采集的自車行駛狀態(tài)信息發(fā)送到所述信息處理模塊；所述無線通訊設(shè)備用于獲取自車附近周邊其他車輛的行駛狀態(tài)信息，并將獲取的附近其他車輛的行駛狀態(tài)信息發(fā)送到所述信息處理模塊；所述信息處理模塊根據(jù)附近周邊車輛與自車的縱橫向位置的相關(guān)信息，篩選出原始車道前車、原始車道后車、目標(biāo)車道前車和目標(biāo)車道后車這四輛周邊車輛，并提取各車輛的縱向位置、縱向速度、縱向加速度和橫向位置。
3.如權(quán)利要求1~2任一項(xiàng)所述的一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述換道預(yù)警單元包括一換道最小安全距離計(jì)算模塊、一預(yù)警決策模塊和一預(yù)警執(zhí)行模塊；所述換道最小安全距離計(jì)算模塊根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)得知駕駛員產(chǎn)生換道意圖后，根據(jù)接收的自車和周邊環(huán)境車輛的有效運(yùn)動(dòng)信息，從跟車與避撞的角度出發(fā)分別計(jì)算自車與周邊環(huán)境車輛之間的換道最小安全距離，并將計(jì)算得到的換道最小安全距離發(fā)送到所述預(yù)警決策模塊；所述預(yù)警決策模塊 將自車與周邊環(huán)境車輛的實(shí)際車間距離與預(yù)設(shè)的換道最小安全距離值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)任一實(shí)際車間距離小于相應(yīng)換道最小安全距離值，認(rèn)為換道存在風(fēng)險(xiǎn)，所述預(yù)警決策模塊將判斷結(jié)果發(fā)送到預(yù)警執(zhí)行模塊和自適應(yīng)巡航控制單元，當(dāng)換道存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，所述預(yù)警執(zhí)行模塊開始報(bào)警，此時(shí)所述自適應(yīng)巡航控制單元不對(duì)換道行為進(jìn)行輔助，預(yù)警過程中，若駕駛員及時(shí)取消換道，預(yù)警解除；當(dāng)換道沒有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，所述預(yù)警執(zhí)行模塊不報(bào)警，所述自適應(yīng)巡航控制單元對(duì)換道行為進(jìn)行輔助。
4.如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述自適應(yīng)巡航控制單元包括一換道意圖識(shí)別模塊和一巡航模式選擇模塊，所述巡航模式選擇模塊中包括巡航模式、常規(guī)ACC模式和LCACC模式三種控制模式；所述換道意圖識(shí)別模塊判斷得知駕駛員沒有換道意圖時(shí)，若原始車道前方車輛與自車的車間狀態(tài)位于常規(guī)ACC模式工作范圍以內(nèi)，則進(jìn)入常規(guī)ACC模式，否則進(jìn)入巡航模式；當(dāng)所述換道意圖識(shí)別模塊得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)所述換道預(yù)警單元輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道存在風(fēng)險(xiǎn)，所述換道預(yù)警單元對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警，則所述自適應(yīng)巡航控制單元維持原巡航模式，繼續(xù)維持與原始車道前車的跟車行駛；當(dāng)所述換道意圖識(shí)別模塊得知駕駛員具有換道意圖時(shí)，且根據(jù)所述換道預(yù)警單元輸出的換道風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果判斷得知換道沒有風(fēng)險(xiǎn)，所述進(jìn)入LCACC模式，換道結(jié)束后切出該模式；換道開始后，LCACC包括前車跟蹤模式和巡航模式，當(dāng)自車與目標(biāo)車道前車的車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以內(nèi)時(shí)，進(jìn)入兩前車跟蹤模式；當(dāng)該車間狀態(tài)位于ACC工作范圍以外時(shí)，目標(biāo)車道具有足夠換道空間，進(jìn)入巡航模式。
5.如權(quán)利要求4所述的一種車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，其特征在于:進(jìn)入LCACC模式的車輛多目標(biāo)協(xié)調(diào)換道輔助自適應(yīng)巡航控制方法過程為: 1)根據(jù)兩前車跟蹤性、多車運(yùn)動(dòng)安全性和縱向駕駛舒適性的需求目標(biāo)，設(shè)定LCACC的綜合性能指標(biāo)，其中，LCACC的綜合性能指標(biāo)包括代價(jià)函數(shù)和I/O約束； ①LCACC代價(jià)函數(shù)的設(shè)定:a)利 用自車與兩輛前車的車距誤差和車速誤差的二范數(shù)線性組合建立跟蹤性代價(jià)函數(shù)山)利用約束縱向加速度建立舒適性代價(jià)函數(shù)； ②LCACCI/O約束的設(shè)定:a)在跟蹤性能方面，利用駕駛員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到用于限制車速誤差和車距誤差的駕駛員容許的跟車誤差約束；b)在安全性能方面，從跟車和避撞的角度出發(fā)，約束自車與周邊多車輛之間的安全距離；c)在舒適性能方面，約束期望縱向加速度的取值范圍； 2)建立多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，采用滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化算法求解多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，得到最優(yōu)控制量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
【文檔編號(hào)】B60W40/04GK103754221SQ201410033748
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】李克強(qiáng), 王建強(qiáng), 黨睿娜, 張書瑋, 虞辰霏, 秦曉輝, 謝伯元, 徐成, 王肖, 俞倩雯 申請(qǐng)人:清華大學(xué)