本發(fā)明涉及汽車駕駛員輔助系統(tǒng),具體是一種汽車自適應巡航分工況控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展,汽車已經(jīng)成為人們社會生活不可或缺的交通工具。汽車數(shù)量的不斷增加,使得汽車交通呈現(xiàn)出車輛高速化,駕駛員非職業(yè)化和車流密集化的趨勢,由此帶來的交通事故頻發(fā)、道路擁擠、能源浪費等問題日益突出,這些問題給交通帶來了很大的挑戰(zhàn)。
汽車自適應巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)作為先進駕駛員輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistant System,ADAS)關(guān)鍵技術(shù)之一,已成為國內(nèi)外智能交通領域研究的熱點。它能夠根據(jù)車輛行駛狀態(tài)以及道路環(huán)境,代替駕駛員控制油門和剎車,實現(xiàn)車輛主動避撞、定速巡航或跟車功能。有效減輕駕駛員操作強度,緩解駕駛疲勞,改善道路交通流量。其中,車輛的安全性、跟隨性、燃油經(jīng)濟性以及駕駛員乘坐舒適性是評價ACC系統(tǒng)性能的幾個重要指標。然而,在不同環(huán)境工況下,駕駛員的駕駛特性有所差異,為了使駕駛員在駕駛ACC車輛時盡可能地感到“自然”,這就要求ACC系統(tǒng)設計必須結(jié)合駕駛員的駕駛特性,從駕駛員角度出發(fā)分析、設計控制系統(tǒng),才能進一步推廣這一技術(shù)的普及應用。
以往的ACC系統(tǒng),當前車平穩(wěn)行駛且車間距離較近的情況下,往往具有較好的控制性能。但是,當車間距離較大或者前車突然加減速等情況下,其控制品質(zhì)往往有所下降。具體表現(xiàn)為車輛出現(xiàn)較大抖動,導致駕駛員不適以及車輛油耗增加;當車輛需要緊急剎車時,系統(tǒng)無法及時準確地響應,制動力顯得不足;控制模式單一,無法滿足復雜客觀道路環(huán)境下駕駛員的需求;這些問題都不利于這一技術(shù)的進一步推廣應用。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對上述背景技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明首先將ACC系統(tǒng)前向目標車輛相對于自車的狀態(tài)歸納為典型的六種,即無車狀態(tài)、遠距離接近狀態(tài)、平穩(wěn)狀態(tài)、強加速狀態(tài)、強減速狀態(tài)和超速狀態(tài);其次,分析各個狀態(tài)下駕駛員的不同控制需求,以車輛的安全性、跟隨性、燃油經(jīng)濟性以及駕駛員乘坐舒適性為控制指標,建立多目標優(yōu)化控制問題,計算最優(yōu)控制加速度;最后,從駕駛員角度出發(fā),基于模糊推理算法提出一種符合多數(shù)駕駛員感知特性的前向目標車輛狀態(tài)識別算法,模擬駕駛員對前向目標車輛狀態(tài)做出有效識別,并根據(jù)狀態(tài)識別結(jié)果選擇最優(yōu)控制輸出,實現(xiàn)復雜道路環(huán)境下的分工況控制??紤]到駕駛員對駕駛舒適度的要 求,對輸出控制加速度進行連續(xù)化處理,避免不同控制器切換過程可能引起加速度突變而導致車輛出現(xiàn)較大抖動。為了保證緊急情況下的車輛安全,本發(fā)明將主動防撞系統(tǒng)(Collision Warning/CollisionAvoidance,CW/CA)集成到ACC系統(tǒng),在充分保證駕駛安全的前提下,改善駕駛員乘坐舒適度,降低車輛油耗。
一種汽車自適應巡航分工況控制系統(tǒng),其特征在于:包括信息采集單元、狀態(tài)識別單元、控制決策單元和汽車動力學單元;信息采集單元采集汽車行駛狀態(tài)信息,并將其發(fā)送到狀態(tài)識別單元;狀態(tài)識別單元對自車安全狀態(tài)以及前向目標車輛相對于自車的狀態(tài)做出識別,并將識別結(jié)果發(fā)送到控制決策單元;控制決策單元分析各狀態(tài)下駕駛員實際需求,以汽車安全性、跟隨性、燃油經(jīng)濟性以及駕駛員乘坐舒適性為指標,建立多目標優(yōu)化問題,根據(jù)狀態(tài)識別結(jié)果選擇最優(yōu)控制器,計算得到最優(yōu)控制加速度并對其進行連續(xù)化處理,結(jié)果發(fā)送到汽車動力學單元;汽車動力學單元將最優(yōu)控制加速度轉(zhuǎn)化為期望的節(jié)氣門開度或制動壓力,實現(xiàn)汽車多狀態(tài)分工況控制。
狀態(tài)識別單元包括自車安全狀態(tài)識別和前向目標車輛相對于自車的狀態(tài)識別;所述自車安全狀態(tài)分為安全、危險和非常危險三個等級;所述前車相對于自車的狀態(tài)被劃分為六種,包括:無車狀態(tài)、遠距離接近狀態(tài)、平穩(wěn)狀態(tài)、強加速狀態(tài)、強減速狀態(tài)和超速狀態(tài);
所述無車狀態(tài)是指自車前向雷達有效探測距離沒有目標車輛;所述遠距離接近狀態(tài)是指車間距離遠大于駕駛員期望的跟車距離且前車速度遠小于自車速度;所述超速狀態(tài)是指前向目標車輛速度大于駕駛員設定的自車定速巡航速度;
控制決策單元包括最優(yōu)控制器選擇模塊、最優(yōu)控制量計算模塊和控制量連續(xù)化處理模塊;所述最優(yōu)控制器包括:定速巡航控制器、接近控制器、跟隨控制器、強加速控制器、強減速控制器和緊急制動控制器;所述自適應巡航分工況控制系統(tǒng)集成了自適應巡航控制系統(tǒng)、主動防撞系統(tǒng)和定速巡航控制系統(tǒng)的功能。
定速巡航控制器以使自車速度能盡快接近駕駛員設定的定速巡航速度為首要目標,同時兼顧駕駛員舒適性和車輛燃油經(jīng)濟性,狀態(tài)識別結(jié)果為無車狀態(tài)或超速狀態(tài)時被選擇;接近控制器能夠使得自車在保證安全的前提下,以盡可能短的時間接近前車并穩(wěn)定跟隨行駛,實現(xiàn)時間最優(yōu)控制功能,同時兼顧駕駛員舒適性和車輛燃油經(jīng)濟性,狀態(tài)識別結(jié)果為接近狀態(tài)時被選擇;強加速控制器能夠降低前車突然加速帶來的自車油耗惡化和駕駛員不適的程度,實現(xiàn)高舒適度和低油耗的最優(yōu)控制功能,同時兼顧車輛跟隨性能,狀態(tài)識別結(jié)果為強加速狀態(tài)時被選擇;減速控制器能夠提高前車突然減速或旁車強行并線時的駕駛員舒適度以及汽車安全性,保證安全性的前提下實現(xiàn)駕駛員舒適度最優(yōu)控制功能,充分保證駕駛安全,同時兼顧駕駛員舒適性,狀態(tài)識別結(jié)果為強減速狀態(tài)時被選擇;緊急制動控制器以使自車快速停止 為唯一目標,狀態(tài)識別結(jié)果為非常危險時被啟動;
一種汽車自適應巡航分工況控制系統(tǒng),其特征在于:具體包括以下步驟和方法:
步驟1:通過安裝于自車前端的雷達檢測前方有效距離內(nèi)是否有目標車輛,沒有目標車輛則表示無車狀態(tài)。
步驟2:當前方有效距離內(nèi)有目標車輛行駛時,根據(jù)汽車報警距離和碰撞距離模型,結(jié)合信息采集單元行駛狀態(tài)輸出值以及駕駛員預先設定值,計算報警距離與碰撞距離,并與實際車間距離比較,對自車的安全狀態(tài)做出識別,包括:安全狀態(tài)、危險狀態(tài)和非常危險狀態(tài)。
步驟3:在自車處于安全狀態(tài)的前提下,比較前向目標車輛速度和駕駛員預先設定的自車定速巡航速度大小,識別前車是否處于超速狀態(tài);前車速度大于自車定速巡航速度,則表示前車處于超速狀態(tài)。
步驟4:當前向目標車輛沒有超速時,結(jié)合自適應巡航控制系統(tǒng)工作特點和駕駛員感知特性的差異,建立符合大多數(shù)駕駛員的前向目標狀態(tài)識別問題,模擬駕駛員對權(quán)利要求2所述的遠距離接近狀態(tài)、平穩(wěn)狀態(tài)、強加速狀態(tài)和強減速狀態(tài)做出識別。
步驟5:分析步驟2所述的各個狀態(tài)下駕駛員控制目標偏重程度的不同,以車輛安全性、跟隨性、燃油經(jīng)濟性以及駕駛員乘坐舒適性為控制指標,建立多目標優(yōu)化控制問題,計算最優(yōu)控制加速度,并根據(jù)狀態(tài)識別結(jié)果選擇最優(yōu)控制輸出,實現(xiàn)分工況控制。
步驟6:當自車處于安全狀態(tài)時,考慮到駕駛員高舒適度的要求,避免不同狀態(tài)切換過程可能引起加速度突變導致車輛出現(xiàn)較大抖動,對輸出控制加速度進行連續(xù)化處理,將輸出加速度變化率限定在駕駛員舒適度范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過分析ACC系統(tǒng)前向目標車輛相對于自車的狀態(tài),結(jié)合駕駛員的實際控制需求,設計相應自適應巡航控制器以及狀態(tài)識別算法,實現(xiàn)ACC系統(tǒng)分工況控制,解決現(xiàn)有ACC系統(tǒng)無法適應復雜客觀道路環(huán)境、無法滿足駕駛員高舒適度以及低油耗要求的問題;并將CW/CA系統(tǒng)與傳統(tǒng)ACC系統(tǒng)結(jié)合,解決了傳統(tǒng)ACC系統(tǒng)在需要緊急制動情況下安全性不高的問題??傊诔浞直WC駕駛安全的前提下,改善駕駛舒適度,降低車輛油耗,推動這一技術(shù)的普及應用。
附圖說明
圖1為一種汽車自適應巡航分工況控制系統(tǒng)的狀態(tài)識別流程圖
具體實施方式
本發(fā)明從駕駛員角度出發(fā)提出一種汽車自適應巡航分工況控制系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟和方法做出詳細的說明。
步驟1:通過安裝于自車前端的雷達檢測前方有效距離內(nèi)是否有目標車輛,沒有目標車輛則表示無車狀態(tài);此時,自車以駕駛員預先設定的定速巡航速度勻速行駛,大大緩解駕駛員的操作強度,屬于傳統(tǒng)的定速巡航系統(tǒng)。
步驟2:保證車輛絕對駕駛安全是該系統(tǒng)工作的前提和關(guān)鍵,因此,當雷達檢測到前方有效距離內(nèi)有目標車輛行駛時,首先需要進行自車安全狀態(tài)判斷,包括:安全狀態(tài)、危險狀態(tài)和非常危險狀態(tài),為之后的控制決策單元提高可靠的狀態(tài)信息;本發(fā)明考慮到緊急情況下汽車制動力不足的問題,在傳統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng)基礎上,引入汽車主動防撞控制系統(tǒng),當車間實際距離小于碰撞距離時,啟動緊急制動控制模式,充分保證駕駛安全。
步驟3:在自車處于安全狀態(tài)的前提下,比較前向目標車輛速度和駕駛員預先設定的自車定速巡航速度大小,識別前車是否處于超速狀態(tài);本發(fā)明所述超速狀態(tài)是指前車速度大于駕駛員預先設定的自車定速巡航速度,如果前車超速,自車啟動定速巡航模式,避免前車違規(guī)超速行駛時,自車也跟著跑而引起追尾事故發(fā)生。
步驟4:當前向目標車輛沒有超速時,結(jié)合自適應巡航控制系統(tǒng)工作特點和駕駛員感知特性的差異,建立符合大多數(shù)駕駛員的前向目標狀態(tài)識別問題。在實際駕駛過程中,駕駛員對于前向目標車輛相對于自車的狀態(tài)的感知是有差別的,感知的不同導致駕駛員可能采取的控制措施不同;例如,當前車以強加速狀態(tài)行駛時,由于自車跟它沒有追尾的危險,自車安全系數(shù)較高,在實際駕駛過程中,駕駛員更多的考慮到車輛油耗和駕駛舒適度,不會采取大強度的加速措施,這樣雖然使得車間距離偏大而影響跟隨性能,但是符合駕駛員的駕駛特性;因此,設計一個符合大多數(shù)駕駛員的狀態(tài)識別顯得尤為重要,本發(fā)明通過分析駕駛員感知特性,基于模糊推理算法,以跟車時距和避撞時間倒數(shù)為模糊輸入變量,結(jié)合國內(nèi)外對駕駛員感知特性的分析數(shù)據(jù),建立狀態(tài)識別模糊規(guī)則,模擬駕駛員對遠距離接近狀態(tài)、平穩(wěn)狀態(tài)、強加速狀態(tài)和強減速狀態(tài)做出識別,為控制決策單元提供可靠的狀態(tài)信息,并作為控制決策單元控制模式選擇的依據(jù);
步驟5:針對各個狀態(tài)下駕駛員控制目標偏重程度的不同,以車輛安全性、跟隨性、燃油經(jīng)濟性以及駕駛員乘坐舒適性為控制指標,建立多目標優(yōu)化控制問題;狀態(tài)識別結(jié)果為無車狀態(tài)或超速狀態(tài)時,以使自車速度能盡快接近駕駛員設定的定速巡航速度為首要目標,同時兼顧駕駛員舒適性和車輛燃油經(jīng)濟性來建立多目標優(yōu)化問題;狀態(tài)識別結(jié)果為遠距離接近狀態(tài)時,以使自車快速接近前車為首要控制目標,同時兼顧駕駛員舒適性和車輛燃油經(jīng)濟性來建立多目標優(yōu)化問題;狀態(tài)識別結(jié)果為平穩(wěn)狀態(tài)時,均衡地兼顧汽車跟隨性、安全性、燃 油經(jīng)濟性以及駕駛員舒適性來建立多目標優(yōu)化問題;狀態(tài)識別結(jié)果為強加速狀態(tài)時,以使駕駛員高舒適度和車輛低油耗為首要目標,同時兼顧車輛跟隨性能來建立多目標優(yōu)化問題;狀態(tài)識別結(jié)果為強減速狀態(tài)時,以使自車與前車不發(fā)生追尾為首要控制目標,充分保證駕駛安全,同時兼顧駕駛員舒適性來建立多目標優(yōu)化問題;狀態(tài)識別結(jié)果為非常危險狀時,以使自車快速停止為唯一控制目標,自車以最大減速度減速;在復雜道路工況下,系統(tǒng)根據(jù)狀態(tài)識別結(jié)果實時選擇最優(yōu)控制器,計算最優(yōu)控制加速度,實現(xiàn)汽車自適應巡航分工況控制。
步驟6:根據(jù)駕駛員對乘坐舒適度的要求,對輸出控制加速度進行連續(xù)化處理。當自身車輛處于安全狀態(tài)時,輸出加速度變化量被限制在-2m/s3~2m/s3,避免不同控制器切換過程可能引起加速度突變導致車輛出現(xiàn)較大抖動,引起駕駛員不適。當自身車輛處于危險狀態(tài)時,為了保證駕駛安全,不對輸出控制加速度限制。
以上實施實例僅為了說明本發(fā)明的思想,不能以此來限定本發(fā)明的保護范圍,凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想,在技術(shù)方案上做出的任何改動,均落入本發(fā)明的保護范圍。