一種用于汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的彎道控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種用于汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的 彎道控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車為社會(huì)交通提供了巨大的便利。隨著汽車 保有量的快速增長(zhǎng)，車流量逐漸增大，由此帶來的交通事故、道路堵塞及環(huán)境污染的現(xiàn)象也 變得越來越嚴(yán)重。因此，提高汽車安全性能、減少道路交通事故已成為人們關(guān)注的社會(huì)問 題，也是智能交通系統(tǒng)（ITS)要致力解決的重大問題。作為人-車-路交通系統(tǒng)的重要組成部 分，駕駛員由于自身?xiàng)l件的限制，已經(jīng)成為系統(tǒng)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)對(duì)2014年度全國(guó)交通 事故的統(tǒng)計(jì)，90.93%的事故是由于駕駛員的決策失誤而導(dǎo)致的超速或違法超車等行為引 發(fā)，另外還有3.79%的事故由于駕駛員的判斷失誤而導(dǎo)致的操作不當(dāng)引發(fā)。
[0003] 作為駕駛輔助系統(tǒng)的重要組成部分，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（A C C， AdaptiveCruiseControlSystem)得到了各國(guó)的廣泛關(guān)注。迄今為止，ACC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了 三個(gè)階段:第一階段為90年代初，針對(duì)高速公路的ACC系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)車速跟蹤和車距跟蹤 功能。第二階段為90年代末針對(duì)城市工況的ACC系統(tǒng)，即走一停巡航系統(tǒng)（SG, Stop&Go CruiseControl System)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起步、停車和低速跟車功能。第三階段為21世紀(jì)初至今 綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性、跟蹤性能和駕駛員感受的車輛多目標(biāo)協(xié)調(diào)式ACC系統(tǒng)。至今為止，ACC 系統(tǒng)已被充分證明具有減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高汽車行駛安全性和增加道路交通流量的 潛力，并得以越來越廣泛的應(yīng)用。
[0004] 但是，對(duì)ACC系統(tǒng)的研究目前還存在一些不足，其中較為重要的一個(gè)問題就是ACC 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較差，往往是針對(duì)直線行駛等幾種典型的行駛工況，在其它一些較為 特殊的行駛條件下，ACC系統(tǒng)會(huì)對(duì)當(dāng)前的行駛環(huán)境做出錯(cuò)誤的判斷，進(jìn)而控制車輛做出令駕 駛員不適的反應(yīng)，甚至使車輛發(fā)生危險(xiǎn)。例如，當(dāng)目標(biāo)車輛已進(jìn)入彎道而自車尚在彎道之外 時(shí)，目標(biāo)車輛脫離自車的雷達(dá)探測(cè)范圍，按照常規(guī)的ACC控制算法，此時(shí)自車會(huì)加速進(jìn)入彎 道，這不僅使駕駛員感到緊張，甚至還有可能使車輛發(fā)生駛出車道的危險(xiǎn)。而當(dāng)自車也進(jìn)入 彎道后，彎道內(nèi)的目標(biāo)車輛有可能突然重新進(jìn)入雷達(dá)的探測(cè)范圍，此時(shí)自車將會(huì)發(fā)生急減 速的現(xiàn)象，從而再次引起駕駛員的不適感。因此，為了提高ACC系統(tǒng)的舒適性、可靠性以及市 場(chǎng)接受度，必須加強(qiáng)系統(tǒng)的環(huán)境感知能力，特別是車載雷達(dá)系統(tǒng)在彎道中對(duì)目標(biāo)車輛的識(shí) 別與跟蹤能力，使其能夠?qū)Ω鞣N特殊的行駛條件做出綜合判斷，并結(jié)合行駛條件的變化自 動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的控制及報(bào)警策略。
[0005] 另外，當(dāng)目標(biāo)車輛以較高車速進(jìn)入彎道時(shí)，自車ACC系統(tǒng)為了保證跟蹤性能，也將 控制自車以較高車速進(jìn)入彎道。而此時(shí)，若在彎道轉(zhuǎn)向過程中，ACC還控制車輛進(jìn)行制動(dòng)或 加速，較大的縱橫向加速度、轉(zhuǎn)向角、載荷轉(zhuǎn)移等因素將可能使車輛動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)入非線性 區(qū)域，若輪胎和地面之間的附著力達(dá)到極限值，汽車將發(fā)生前后軸側(cè)滑甚至激轉(zhuǎn)等危險(xiǎn)工 況，這反而會(huì)減小車輛的行駛安全性。在轉(zhuǎn)向過程中，前車減速進(jìn)入彎道或加速駛出彎道， 甚至在彎道中突然緊急減速時(shí)，ACC系統(tǒng)也將控制自車減速、加速或緊急制動(dòng)，此時(shí)即有可 能發(fā)生上述危險(xiǎn)情形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何解決現(xiàn)有的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在用于 彎道工況中所存在的以上不足，從而根據(jù)車輛行駛工況，對(duì)車輛做出合理的控制。
[0007] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種用于汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的彎道控 制系統(tǒng)，包括：
[0008] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于從汽車CAN總線實(shí)時(shí)獲取汽車轉(zhuǎn)向角傳感器、輪速傳感器、橫 擺角傳感器以及雷達(dá)傳感器的信號(hào)；
[0009] 前車車行狀態(tài)判斷模塊，用于判斷前車是否處于進(jìn)入彎道的狀態(tài)；
[0010] 本車行駛軌跡道路曲率計(jì)算模塊，用于計(jì)算本車行駛軌跡的道路曲率；
[0011] 有效目標(biāo)篩選模塊，用于根據(jù)本車行駛軌跡道路曲率，對(duì)前方有效目標(biāo)進(jìn)行篩選， 得到位于本車行駛軌跡之內(nèi)的前方有效目標(biāo)；
[0012] 本車最高過彎車速計(jì)算模塊，用于計(jì)算本車轉(zhuǎn)彎半徑下車輛通過彎道所能達(dá)到的 最高過彎車速；
[0013] 車速控制模塊，用于當(dāng)本車進(jìn)入彎道且前方不存在車輛時(shí)，控制本車車速為最高 過彎車速和駕駛員設(shè)定車速中的較小值；當(dāng)本車前方存在車輛且沒有進(jìn)入彎道時(shí)，控制本 車車速與前車一致；當(dāng)本車前方存在車輛且本車進(jìn)入彎道時(shí)，控制本車車速為前車車速和 最高過彎車速中的較小值。
[0014] 本發(fā)明還提出一種用于汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的彎道控制方法，包括以下步 驟：
[0015] ㈠ 數(shù)據(jù)采集：
[0016] 從汽車CAN總線實(shí)時(shí)獲取汽車轉(zhuǎn)向角傳感器、輪速傳感器、橫擺角傳感器以及雷達(dá) 傳感器的數(shù)據(jù)；
[0017] ㈡判斷前車是否處于進(jìn)入彎道過程：
[0018] 前車進(jìn)入彎道而本車尚處于直道，或者前車已駛出彎道而本車仍處于彎道中時(shí)， 前車相對(duì)本車的方位角及兩車相對(duì)速度的橫向分量滿足如下關(guān)系式：
[0019]
[0020] 其中，Θ為前車相對(duì)本車的方位角；Avlat為側(cè)向相對(duì)速度，單位:m/s;
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 其中，Vx為本車的縱向車速，單位:m/s;d為兩車相對(duì)距離，單位Rt為前車所處位 置的道路半徑，單位:m; Rh為本車所在位置道路半徑，單位:m;
[0025] 假設(shè)將雷達(dá)傳感器測(cè)得一系列點(diǎn)（θ[ i ]，△ Vlat[i ])利用最小二乘法進(jìn)行擬合得到 的擬合系數(shù)為蜓，^，即擬合所得到的進(jìn)出彎道回歸方程表達(dá)式為：
[0026]
[0027] 利用相關(guān)系數(shù)法對(duì)上式進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，其對(duì)應(yīng)的全相關(guān)系數(shù)表達(dá)式如下：
[0028]
[0029] 其中，零為按回歸方程計(jì)算得到的值，0,為實(shí)測(cè)方位角，I為實(shí)測(cè)值平均值，η為進(jìn) 行各次擬合所采用的實(shí)測(cè)值點(diǎn)數(shù)，則置信度判斷條件為：
[0030] ΓΘ>Γ0,05,17
[0031] 綜上，可得：
[0032]
[0033]提取具有高度擬合優(yōu)度的附加判斷條件為：
[0034]
[0035] Cv為判斷閾值，其值越小，附加判斷條件越嚴(yán)格；
[0036] 當(dāng)雷達(dá)傳感器所測(cè)一系列數(shù)據(jù)同時(shí)滿足置信度判斷條件和附加判斷條件時(shí)，則認(rèn) 為前車處于進(jìn)入彎道過程；
[0037]㈢計(jì)算本車行駛軌跡的道路曲率：
[0038] 前車進(jìn)入彎道之后，通過下式計(jì)算本車行駛軌跡的道路曲率：
[0039] 車速低于lm/s時(shí)，T =,
[0040] 車速高于 1 · 5m/s時(shí)，T = ^
[0041 ] 上式中，τ為曲率，單位：l/m;l為車輛軸距，單位:πι;δν為車輛前輪轉(zhuǎn)角，單位:rad; #為橫擺角速度，單位:rad/s; veg。為本車速度，單位:m/s;
[0042]㈣前方有效目標(biāo)進(jìn)行篩選：
[0043]得到本車行駛軌跡的道路曲率之后，對(duì)前方有效目標(biāo)進(jìn)行篩選處理，篩選過程如 下：
[0044] ⑴根據(jù)步驟㈢中計(jì)算所得的道路曲率τ，對(duì)本車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在如下關(guān)系式：
[0045] x2+y2= (1/τ)2
[0046] 式中X為橫坐標(biāo)值，y為縱坐標(biāo)值，單位均為:m;
[0047] ⑵對(duì)雷達(dá)檢測(cè)到的第i個(gè)物體，在1和7坐標(biāo)系下，存在如下關(guān)系式：
[0048] xi = x-d*cos(9i) ,yi = y+d*sin(0i)
[0049] 式中Xi、yi為第i個(gè)目標(biāo)在x橫坐標(biāo)和y縱坐標(biāo)中的坐標(biāo)，單位:m;d為兩車相對(duì)距離， 單位:m; Θ i為方位角，單位:度；
[0050] 此時(shí)，若Xi與yi滿足：
[0051] xf+yi2=!^/!^!·)2
[0052] 式中r為車道寬度的一半，單位:m;
[0053] 則認(rèn)為第i個(gè)目標(biāo)為有效目標(biāo)，若同時(shí)有多個(gè)目標(biāo)滿足上式條件，則選取相對(duì)距離 最小的目標(biāo)作為有效目標(biāo)；
[0054]㈤計(jì)算本車最高過彎車速：
[0055] 計(jì)算本車轉(zhuǎn)彎半徑下車輛通過彎道所能達(dá)到的最高過彎車速，最高過彎車速由下 式計(jì)算得到：
[0056]
[0057]式中，aymax為最大側(cè)向加速度，單位m/s2，τ為曲率，單位:l/m;
[0058] ㈥車速控制：
[0059]若本車進(jìn)入彎道且前方不存在車輛時(shí)，控制本車車速為最高過彎車速和駕駛員設(shè) 定車速中的較小值;若本車前方存在車輛且本車進(jìn)入彎道時(shí)，控制本車車速為前車車速和 最高過彎車速中的較小值。
[0060]本發(fā)明用于的汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)包括汽車的CAN總線，與CAN總線相連的雷 達(dá)傳感器、輪速傳感器、橫擺角傳感器、變速箱控制單元、轉(zhuǎn)向角傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、 電子穩(wěn)定性程序、ACC開關(guān)和車載儀表等。
[0061 ]本發(fā)明的系統(tǒng)在汽車在直道環(huán)境下，若本車前方不存在有效目標(biāo)，系統(tǒng)根據(jù)駕駛 員設(shè)定速度行駛;若本車前方存在有效目標(biāo)，且目標(biāo)車輛車速低于駕駛員設(shè)定車速，則系統(tǒng) 通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整本車車速與前車車速一致。
[0062] 本發(fā)明的有益效果是:⑴本發(fā)明基于自車與前車相對(duì)速度及方位角關(guān)系對(duì)前車進(jìn) 出彎工況進(jìn)行識(shí)別，提高自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在彎道工況下的環(huán)境感知能力；⑵根據(jù)車輛 動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)，根據(jù)本車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)車輛行駛軌跡曲率進(jìn)行分段估計(jì)，提高控制精度;(3) 根據(jù)車輛側(cè)向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，合理選擇控制方式，保持本車始終處于安全可控狀態(tài)。
【附圖說明】
[0063] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的方框圖。
[0064] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)前車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別示意圖。
[0065] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的彎道控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 實(shí)施例1
[0067] 本實(shí)施例提供一種用于汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的彎道控制系統(tǒng)，連接如圖1所 示，汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)包括汽車的CAN總線，與CAN總線電連接的雷達(dá)傳感器11、輪速 傳感器13、橫擺角傳感器12、變速箱控制單元17、轉(zhuǎn)向角傳感器20、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)14、電子 穩(wěn)定性程序15、ACC開關(guān)18、車載儀表19以及控制器16;其中，雷達(dá)傳感器11安裝在汽車的頭 部。
[0068] 本實(shí)施的系統(tǒng)包括：
[0069] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于從汽車CAN總線實(shí)時(shí)獲取汽車轉(zhuǎn)向角傳感器、輪速傳感器、橫 擺角傳感器以及雷達(dá)傳感器的信號(hào)；
[0070] 前車車行狀態(tài)判斷模塊，用于判斷前車是否處于進(jìn)入彎道的狀態(tài)；
[0071] 本車行駛軌跡道路曲率計(jì)算模塊，用于計(jì)算本車行駛軌跡的道路曲率；
[0072] 有效目標(biāo)篩選模塊，用于根據(jù)本車行駛軌跡道路曲