本發(fā)明屬于車輛工程技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種采用滑行模式的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航策略。

背景技術(shù)：

協(xié)同性自適應(yīng)巡航策略(cacc)是屬于美國(guó)國(guó)家高速交通安全協(xié)會(huì)(nhtsa)與美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(sae)提出的一種二級(jí)的自動(dòng)駕駛，它由自適應(yīng)巡航(acc)發(fā)展而來(lái)，由于車輛之間，車路之間甚至車輛與各種基礎(chǔ)設(shè)施之間的通訊，協(xié)同性自適應(yīng)巡航可以使跟隨車輛與被跟隨車輛之間保持更小的車間距離，而且由于車輛與環(huán)境的信息交互可以使車輛實(shí)現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

malakorn和park提出了一種協(xié)同自適應(yīng)巡航策略，它能夠運(yùn)用spat信息來(lái)減少跟隨車輛的絕對(duì)加速度，來(lái)達(dá)到更好的舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性。清華大學(xué)shengboebenli提出了一種對(duì)于具有離散傳動(dòng)比的車輛采用加速滑行策略來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同自適應(yīng)巡航的策略，由于采用了空擋滑行策略，可以很好的釋放車輛在行駛過(guò)程中的慣性能量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。haoyang提出了一種在具有交通管制的交通路口考慮了前方隊(duì)列影響的經(jīng)濟(jì)性自適應(yīng)巡航策略。該策略通過(guò)規(guī)劃速度使車輛避免了行駛當(dāng)中的啟停，有效的節(jié)省了油耗，但是他采用了固定的速度規(guī)劃的范圍，導(dǎo)致車輛必須帶擋減速。這也導(dǎo)致了該策略還有很大的節(jié)油潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種在有交通信號(hào)燈的路口，考慮了在紅燈管制情況下前方等待車隊(duì)長(zhǎng)度的影響，從而采用發(fā)動(dòng)機(jī)怠速空擋滑行策略，通過(guò)選擇合適的滑行時(shí)機(jī)，以使目標(biāo)車輛能夠在不停車等待的情況下順利通過(guò)該路口，使其在與前車保持最小車距的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最好的燃油經(jīng)濟(jì)性，解決了現(xiàn)有自適應(yīng)巡航策略的上述不足。

本發(fā)明結(jié)合附圖說(shuō)明如下：

一種采用滑行模式的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航策略，該策略為：

對(duì)于第k號(hào)目標(biāo)車輛，一旦它進(jìn)入?yún)^(qū)域[xu,xd]中，其中xu是控制區(qū)域的起始點(diǎn)，單位為m，xd是控制區(qū)域的終止點(diǎn)，單位為m；滑行自適應(yīng)巡航策略就開始起作用，目標(biāo)車輛根據(jù)所處區(qū)域確定相應(yīng)的執(zhí)行策略；

a、當(dāng)目標(biāo)車輛在交通信號(hào)燈路口的上方區(qū)域時(shí)；

按下列的兩個(gè)情形中提供一個(gè)指導(dǎo)速度給目標(biāo)車輛來(lái)限制他的速度；否則的話，車輛的自由行駛速度將會(huì)作為指導(dǎo)速度提供給車輛；

1)當(dāng)前的交通信號(hào)燈為綠燈，但是如果車輛保持當(dāng)前的速度，交通信號(hào)燈將會(huì)在車輛到達(dá)交通路口停止線使變?yōu)榧t燈；

2)當(dāng)前的交通信號(hào)燈為紅燈，但是如果車輛保持當(dāng)前的速度，車輛到達(dá)交通信號(hào)燈停止線時(shí)還是紅燈；

b、當(dāng)目標(biāo)車輛在交通信號(hào)燈路口的下方區(qū)域時(shí)；

滑行自適應(yīng)巡航策略將會(huì)根據(jù)目標(biāo)車輛的當(dāng)前速度來(lái)尋找在自由行駛時(shí)的車速與車與車之間的距離，然后提供合適的加速度給車輛使車輛進(jìn)行加速，其加速度為：

其中，vf為目標(biāo)車輛最終的速度，單位為m/s，v(tc)為目標(biāo)車輛當(dāng)前的速度，單位為m/s，td為目標(biāo)車輛的加速時(shí)間，單位為m/s²。

所述的指導(dǎo)速度具體表達(dá)式如下：

其中，v(t)表示在t時(shí)刻的車輛速度，單位為m/s；v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s；t0為車輛進(jìn)入實(shí)際控制區(qū)域即離路口xo距離時(shí)的時(shí)刻，單位為s；tp為開始進(jìn)行空擋滑行的時(shí)刻，單位為s；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；tc為車隊(duì)釋放的時(shí)間；vmin為車輛離合器再次平穩(wěn)結(jié)合時(shí)的最小速度，單位為m/s；a+為車輛的加速度，單位為m/s²；δtq,2為其對(duì)應(yīng)的加速時(shí)間，單位為s；vf為其通過(guò)路口后的巡航速度，單位為m/s；tq為車輛在整個(gè)控制區(qū)域內(nèi)的行駛時(shí)間，時(shí)間為s。

所述的ap由以下公式得出：

其中，ca為空氣阻力系數(shù)；mg為整車重量，單位為n；f為摩擦阻力系數(shù)；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；m為整車質(zhì)量，單位為t；v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s。

所述的tp由以下公式得出：

d-dp＝v0(t0-tp)

其中，v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s；vmin為車輛離合器再次平穩(wěn)結(jié)合時(shí)的最小速度，單位為m/s；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；dp為車輛滑行的距離，單位為m；tp為開始進(jìn)行空擋滑行的時(shí)刻，單位為s；d為在t時(shí)刻的隊(duì)尾車輛的位置，單位為m。

當(dāng)目標(biāo)車輛到達(dá)距離xd，該滑行自適應(yīng)巡航策略將不再起作用。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明專利所述策略在保證目標(biāo)車輛與前車的跟隨以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航的同時(shí)，通過(guò)運(yùn)用大數(shù)據(jù)信息，對(duì)車輛的速度進(jìn)行規(guī)劃，使其能夠在考慮車隊(duì)長(zhǎng)度的影響下，通過(guò)在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行空擋滑行，從而使目標(biāo)車輛在不停車的通過(guò)交通路口，從而實(shí)現(xiàn)了車輛的經(jīng)濟(jì)性巡航，相對(duì)于傳統(tǒng)的考慮車隊(duì)影響的自適應(yīng)巡航策略，實(shí)現(xiàn)了節(jié)油可能性的最大化。

2、本發(fā)明專利所述減速策略由于采用了空擋滑行策略，與傳統(tǒng)的考慮車隊(duì)長(zhǎng)度影響的自適應(yīng)巡航策略相比，有效的利用了車輛自身的慣性進(jìn)行行駛，在既保證經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)減小了與前車的車距，有效避免了其它車道的車輛的加塞現(xiàn)象，保證了駕駛安全性與舒適性。

3、本發(fā)明發(fā)明所述策略簡(jiǎn)單，易于車輛控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

4、本發(fā)明專利的市場(chǎng)覆蓋率達(dá)到80％以上時(shí)，節(jié)油效果將會(huì)大幅上升。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明交通路口動(dòng)態(tài)圖；

圖2為本發(fā)明中專利算法推導(dǎo)曲線圖；

圖3為本發(fā)明中速度-時(shí)間曲線圖；

圖4為本發(fā)明油耗仿真結(jié)果曲線圖。

具體實(shí)施方式

參閱圖1，圖1所示的lighthill-whitham-richard(lwr)模型為一種經(jīng)典的描述道路車輛交通動(dòng)態(tài)特性的模型。該模型假設(shè)在流量與車流密度之間存在一種現(xiàn)有的，被廣泛運(yùn)用關(guān)系：

q(x,t)＝q(ρ(x,t))；

其中，q(x,t)，ρ(x,t)分別表示在時(shí)間t與空間x的情況下的車輛流量與密度,q(x,t)的單位為輛/h，ρ(x,t)的單位為輛/km。在該模型中，由于紅燈與綠燈的不停轉(zhuǎn)換，會(huì)使該車隊(duì)模型產(chǎn)生稀疏變化的波動(dòng)，例如在圖1中由于前方的突然紅燈，車隊(duì)前方未通過(guò)停止線的車輛必須減速到零，后方的跟隨車輛也會(huì)隨之停止，a區(qū)域?yàn)樵谕Ｖ咕€與干預(yù)開始線區(qū)域之間，車輛正常行駛的速度線沒有受到紅燈或前方車輛的任何影響，直線的斜率即為自由行使的車輛的車速，c區(qū)為車輛在受到紅燈影響等待的時(shí)候，水平的速度直線被時(shí)間軸與速度波動(dòng)線所圍成的區(qū)域，而在a區(qū)到c區(qū)的過(guò)渡過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)并向后方傳播，其傳播速度為：

其中，q0為剛進(jìn)入交通路口的車流流量，單位為輛/h，ρ0為剛進(jìn)入交通路口的車流密度，單位為輛/km，ρj為紅燈時(shí)的最大車流密度，單位為輛/km。

同理，當(dāng)由紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)，車輛開始通行，并在初始階段車流量達(dá)到飽和qc，密度為ρc，此時(shí)的波動(dòng)傳播速度為：

所以，在t時(shí)刻的隊(duì)尾車輛位置可由下式估計(jì)，隊(duì)尾的位置用d表示：

在上式中tr為變成紅燈的時(shí)間，單位為s，tg為變成綠燈的時(shí)間，單位為s，v0為車輛的巡航速度，單位為m/s。

車輛的等待時(shí)間為：

其中，單位都為s。

另外，在圖1中的虛線為本發(fā)明提出的滑行節(jié)能線。dp為開始滑行距離，δtp為與常規(guī)考慮車隊(duì)長(zhǎng)度的策略相比，在考慮了前方車隊(duì)的情況下，它會(huì)估計(jì)，在以最小的滑行速度行駛的情況下，延后多久開始減速，并能保證不停車的情況下通過(guò)該交通路口。

參閱圖2，首先我們定義在車輛進(jìn)入從道路的xu到停止線x0的范圍為交通路口的下方，進(jìn)入從道路的x0到停止線xd的范圍為交通路口的上方。傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航算法通過(guò)真實(shí)路況下的交通信號(hào)燈變綠燈的時(shí)間以及本車的車速來(lái)規(guī)劃未來(lái)本車的速度，使本車能夠順利通過(guò)交通路口，或者現(xiàn)有的策略會(huì)將前方等候車隊(duì)的長(zhǎng)度信息考慮在內(nèi)，以此來(lái)規(guī)劃本車速度使自己順利通過(guò)該交通路口，正如圖2所示，在交通路口的下方區(qū)域，沒有控制的車輛會(huì)保持其原來(lái)的速度v0直到其遇到前方車輛后減速停止，如基本駕駛實(shí)線所示，該實(shí)線從一條斜率為v0的斜線變?yōu)橐粭l水平線，并在前車走后變?yōu)橐粭l跟隨前車的速度為vf的斜線。而沒有考慮車隊(duì)長(zhǎng)度影響的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航會(huì)減速到一個(gè)理想的巡航速度使其能夠不停車，順利通過(guò)路口，但是由于車隊(duì)長(zhǎng)度的影響，會(huì)迫使它在隊(duì)尾停車等待，正如傳統(tǒng)自適應(yīng)巡航實(shí)線所示，該實(shí)線剛開始為一條斜率比v0小的斜直線，之后遇到前車都與基本駕駛直線重合。所以有人提出了考慮車隊(duì)長(zhǎng)度影響的策略，就是用減到更低的巡航速度來(lái)使車隊(duì)被釋放時(shí)目標(biāo)車輛正好到達(dá)車隊(duì)尾，從而正好通過(guò)路口而不用停車，如圖中考慮隊(duì)列的自適應(yīng)巡航虛線所示，該虛線為一條比傳統(tǒng)自適應(yīng)巡航實(shí)線斜率還小的斜直線但其沒有變?yōu)樗街本€而是直接轉(zhuǎn)為一條斜率為vf的斜線。但是其固定的干預(yù)范圍使得目標(biāo)車輛與前車的距離很大，從而會(huì)導(dǎo)致其他車輛加塞，而且?guī)鯗p速也沒有發(fā)揮車輛最大的節(jié)油潛力，所以就促使了本發(fā)明的誕生。本發(fā)明在進(jìn)入控制區(qū)域后，根據(jù)車輛的行駛初速度和車輛在空擋怠速滑行條件下的加速度確定開始控制的時(shí)間與距離，也就是圖2的dp。

而在交通路口的上方區(qū)域，本發(fā)明與原來(lái)的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航策略都會(huì)根據(jù)車隊(duì)距離與巡航速度制定具體的加速度。

本發(fā)明所述的一種采用滑行模式的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航策略，該策略為：

對(duì)于第k號(hào)目標(biāo)車輛，一旦它進(jìn)入?yún)^(qū)域[xu,xd]中，其中xu是控制區(qū)域的起始點(diǎn)，單位為m，xd是控制區(qū)域的終止點(diǎn)，單位為m；滑行自適應(yīng)巡航策略就開始起作用，目標(biāo)車輛根據(jù)所處區(qū)域確定相應(yīng)的執(zhí)行策略；

對(duì)于第k號(hào)目標(biāo)車輛，一旦它進(jìn)入?yún)^(qū)域[xu,xd]中，其中xu是控制區(qū)域的起始點(diǎn)，單位為m，xd是控制區(qū)域的終止點(diǎn)，單位為m；滑行自適應(yīng)巡航策略就開始起作用，目標(biāo)車輛根據(jù)所處區(qū)域確定相應(yīng)的執(zhí)行策略；

a、當(dāng)目標(biāo)車輛在交通信號(hào)燈路口的上方區(qū)域時(shí)；

按下列的兩個(gè)情形中提供一個(gè)指導(dǎo)速度給目標(biāo)車輛來(lái)限制他的速度；否則的話，車輛的自由行駛速度將會(huì)作為指導(dǎo)速度提供給車輛；

1)當(dāng)前的交通信號(hào)燈為綠燈，但是如果車輛保持當(dāng)前的速度，交通信號(hào)燈將會(huì)在車輛到達(dá)交通路口停止線使變?yōu)榧t燈；

2)當(dāng)前的交通信號(hào)燈為紅燈，但是如果車輛保持當(dāng)前的速度，車輛到達(dá)交通信號(hào)燈停止線時(shí)還是紅燈；

b、當(dāng)目標(biāo)車輛在交通信號(hào)燈路口的下方區(qū)域時(shí)；

滑行自適應(yīng)巡航策略將會(huì)根據(jù)目標(biāo)車輛的當(dāng)前速度來(lái)尋找在自由行駛時(shí)的車速與車與車之間的距離，然后提供合適的加速度給車輛使車輛進(jìn)行加速，其加速度為：

其中，vf為目標(biāo)車輛最終的速度，單位為m/s，v(tc)為目標(biāo)車輛當(dāng)前的速度，單位為m/s，td為目標(biāo)車輛的加速時(shí)間，單位為m/s²。

參閱圖2、圖3對(duì)于考慮車隊(duì)的經(jīng)濟(jì)性協(xié)同自適應(yīng)巡航策略，滑行自適應(yīng)巡航策略將會(huì)根據(jù)自身車輛在空擋滑行時(shí)的加速度還有初始速度和最小啟動(dòng)速度，計(jì)算出空擋滑行的距離，然后再由初始車速計(jì)算出還需要保持原速度行駛的距離，以此來(lái)達(dá)到最小燃油消耗與最小跟車距離，然后將此策略信息在下一步t+δt提供給裝有此系統(tǒng)的車輛，δt是速度更新的最小時(shí)間間隔，根據(jù)圖2中加粗虛線有，所述的指導(dǎo)速度具體表達(dá)式如下：

其中，v(t)表示在t時(shí)刻的車輛速度，單位為m/s；v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s；t0為車輛進(jìn)入實(shí)際控制區(qū)域即離路口xo距離時(shí)的時(shí)刻，單位為s；tp為開始進(jìn)行空擋滑行的時(shí)刻，單位為s；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；tc為車隊(duì)釋放的時(shí)間；vmin為車輛離合器再次平穩(wěn)結(jié)合時(shí)的最小速度，單位為m/s；a+為車輛的加速度，單位為m/s²；δtq,2為其對(duì)應(yīng)的加速時(shí)間，單位為s；vf為其通過(guò)路口后的巡航速度，單位為m/s；tq為車輛在整個(gè)控制區(qū)域內(nèi)的行駛時(shí)間，時(shí)間為s。

其中tq,vq,t,δtq,1,δtq,2可由下式進(jìn)行估計(jì)：

ap,tp可由下面的公式計(jì)算出：

d-dp＝v0(t0-tp)(3)

上式中ca為空氣阻力系數(shù)；mg為整車重量，單位為n；f為摩擦阻力系數(shù)；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；m為整車質(zhì)量，單位為t；v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s；，v0為車輛初始的巡航速度，單位為m/s；vmin為車輛離合器再次平穩(wěn)結(jié)合時(shí)的最小速度，單位為m/s；ap為車輛進(jìn)行空擋滑行的加速度，單位為m/s²；dp為車輛滑行的距離，單位為m；tp為開始進(jìn)行空擋滑行的時(shí)刻，單位為s；d為在t時(shí)刻的隊(duì)尾車輛的位置，單位為m。

公式(1)計(jì)算出空擋下的加速度ap，然后帶入公式(2)，計(jì)算出最小滑行距離dp，最后由滑行距離dp帶入公式(3)，得到開始滑行的時(shí)間tp。車輛在空擋滑行下的加速度是由已有的車輛動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)而出的，其原始公式為：

ft＝ff+fw+fj+fi。

其中ft為驅(qū)動(dòng)力，單位為n，由于汽車為空檔滑行所以其為零，ff為摩擦阻力，單位為n，具體表達(dá)形式為ff＝mg·f。其中mg為車重，單位為n，f為摩擦系數(shù)。fw為汽車行駛空氣阻力，單位為n，具體表達(dá)形式為其中，ca為空氣阻力系數(shù)，v0為汽車開始滑行時(shí)的車速，單位為m/s。fj為車輛的慣性力，具體表達(dá)式為fj＝m·ap，其中m為整車質(zhì)量，單位為kg，ap為空擋下的滑行加速度，單位為m/s²。fi為車輛的坡道阻力，單位為n，但是我們假設(shè)車輛行駛的路況的坡道為零，所以其坡道阻力fi也為零。將所有的具體公式帶入到車輛動(dòng)力學(xué)原始公式中，然后兩邊除以整車質(zhì)量m，便可以得到公式(1)。

參閱圖4，下面用amesim搭建整車模型來(lái)對(duì)上述情形進(jìn)行油耗仿真仿真分析，得到結(jié)果如下：

圖4中上方實(shí)線為原來(lái)的考慮車隊(duì)影響策略，圖4中下方虛線為本發(fā)明的考慮車隊(duì)影響而且采用空擋滑行策略的仿真結(jié)果，結(jié)果表明，由于采用了空擋滑行，可以有效的減少油耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性駕駛。