一种汽车自适应巡航分工况控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：包括信息采集单元、状态识别单元、控制决策单元和汽车动力学单元；信息采集单元采集行驶状态信息，并将其发送到状态识别单元，状态识别单元对自车安全状态以及前向目标车辆相对于自车的状态做出识别，并将识别结果发送到控制决策单元；控制决策单元分析各状态下驾驶员实际需求，以汽车安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为指标，建立多目标优化问题，并根据状态识别结果选择最优控制器，计算得到最优控制加速度并对其进行连续化处理，结果发送到汽车动力学单元；汽车动力学单元将最优控制加速度转化为期望的节气门开度或制动压力，实现汽车多状态分工况控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车驾驶员辅助系统，具体是一种汽车自适应巡航分工况控制系统。
技术介绍
随着经济的迅速发展，汽车已经成为人们社会生活不可或缺的交通工具。汽车数量的不断增加，使得汽车交通呈现出车辆高速化，驾驶员非职业化和车流密集化的趋势，由此带来的交通事故频发、道路拥挤、能源浪费等问题日益突出，这些问题给交通带来了很大的挑战。汽车自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)作为先进驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistant System，ADAS)关键技术之一，已成为国内外智能交通领域研究的热点。它能够根据车辆行驶状态以及道路环境，代替驾驶员控制油门和刹车，实现车辆主动避撞、定速巡航或跟车功能。有效减轻驾驶员操作强度，缓解驾驶疲劳，改善道路交通流量。其中，车辆的安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性是评价ACC系统性能的几个重要指标。然而，在不同环境工况下，驾驶员的驾驶特性有所差异，为了使驾驶员在驾驶ACC车辆时尽可能地感到“自然”，这就要求ACC系统设计必须结合驾驶员的驾驶特性，从驾驶员角度出发分析、设计控制系统，才能进一步推广这一技术的普及应用。以往的ACC系统，当前车平稳行驶且车间距离较近的情况下，往往具有较好的控制性能。但是，当车间距离较大或者前车突然加减速等情况下，其控制品质往往有所下降。具体表现为车辆出现较大抖动，导致驾驶员不适以及车辆油耗增加；当车辆需要紧急刹车时，系统无法及时准确地响应，制动力显得不足；控制模式单一，无法满足复杂客观道路环境下驾驶员的需求；这些问题都不利于这一技术的进一步推广应用。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术首先将ACC系统前向目标车辆相对于自车的状态归纳为典型的六种，即无车状态、远距离接近状态、平稳状态、强加速状态、强减速状态和超速状态；其次，分析各个状态下驾驶员的不同控制需求，以车辆的安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为控制指标，建立多目标优化控制问题，计算最优控制加速度；最后，从驾驶员角度出发，基于模糊推理算法提出一种符合多数驾驶员感知特性的前向目标车辆状态识别算法，模拟驾驶员对前向目标车辆状态做出有效识别，并根据状态识别结果选择最优控制输出，实现复杂道路环境下的分工况控制。考虑到驾驶员对驾驶舒适度的要
求，对输出控制加速度进行连续化处理，避免不同控制器切换过程可能引起加速度突变而导致车辆出现较大抖动。为了保证紧急情况下的车辆安全，本专利技术将主动防撞系统(Collision Warning/CollisionAvoidance，CW/CA)集成到ACC系统，在充分保证驾驶安全的前提下，改善驾驶员乘坐舒适度，降低车辆油耗。一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：包括信息采集单元、状态识别单元、控制决策单元和汽车动力学单元；信息采集单元采集汽车行驶状态信息，并将其发送到状态识别单元；状态识别单元对自车安全状态以及前向目标车辆相对于自车的状态做出识别，并将识别结果发送到控制决策单元；控制决策单元分析各状态下驾驶员实际需求，以汽车安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为指标，建立多目标优化问题，根据状态识别结果选择最优控制器，计算得到最优控制加速度并对其进行连续化处理，结果发送到汽车动力学单元；汽车动力学单元将最优控制加速度转化为期望的节气门开度或制动压力，实现汽车多状态分工况控制。状态识别单元包括自车安全状态识别和前向目标车辆相对于自车的状态识别；所述自车安全状态分为安全、危险和非常危险三个等级；所述前车相对于自车的状态被划分为六种，包括：无车状态、远距离接近状态、平稳状态、强加速状态、强减速状态和超速状态；所述无车状态是指自车前向雷达有效探测距离没有目标车辆；所述远距离接近状态是指车间距离远大于驾驶员期望的跟车距离且前车速度远小于自车速度；所述超速状态是指前向目标车辆速度大于驾驶员设定的自车定速巡航速度；控制决策单元包括最优控制器选择模块、最优控制量计算模块和控制量连续化处理模块；所述最优控制器包括：定速巡航控制器、接近控制器、跟随控制器、强加速控制器、强减速控制器和紧急制动控制器；所述自适应巡航分工况控制系统集成了自适应巡航控制系统、主动防撞系统和定速巡航控制系统的功能。定速巡航控制器以使自车速度能尽快接近驾驶员设定的定速巡航速度为首要目标，同时兼顾驾驶员舒适性和车辆燃油经济性，状态识别结果为无车状态或超速状态时被选择；接近控制器能够使得自车在保证安全的前提下，以尽可能短的时间接近前车并稳定跟随行驶，实现时间最优控制功能，同时兼顾驾驶员舒适性和车辆燃油经济性，状态识别结果为接近状态时被选择；强加速控制器能够降低前车突然加速带来的自车油耗恶化和驾驶员不适的程度，实现高舒适度和低油耗的最优控制功能，同时兼顾车辆跟随性能，状态识别结果为强加速状态时被选择；减速控制器能够提高前车突然减速或旁车强行并线时的驾驶员舒适度以及汽车安全性，保证安全性的前提下实现驾驶员舒适度最优控制功能，充分保证驾驶安全，同时兼顾驾驶员舒适性，状态识别结果为强减速状态时被选择；紧急制动控制器以使自车快速停止
为唯一目标，状态识别结果为非常危险时被启动；一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：具体包括以下步骤和方法：步骤1：通过安装于自车前端的雷达检测前方有效距离内是否有目标车辆，没有目标车辆则表示无车状态。步骤2：当前方有效距离内有目标车辆行驶时，根据汽车报警距离和碰撞距离模型，结合信息采集单元行驶状态输出值以及驾驶员预先设定值，计算报警距离与碰撞距离，并与实际车间距离比较，对自车的安全状态做出识别，包括：安全状态、危险状态和非常危险状态。步骤3：在自车处于安全状态的前提下，比较前向目标车辆速度和驾驶员预先设定的自车定速巡航速度大小，识别前车是否处于超速状态；前车速度大于自车定速巡航速度，则表示前车处于超速状态。步骤4：当前向目标车辆没有超速时，结合自适应巡航控制系统工作特点和驾驶员感知特性的差异，建立符合大多数驾驶员的前向目标状态识别问题，模拟驾驶员对权利要求2所述的远距离接近状态、平稳状态、强加速状态和强减速状态做出识别。步骤5：分析步骤2所述的各个状态下驾驶员控制目标偏重程度的不同，以车辆安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为控制指标，建立多目标优化控制问题，计算最优控制加速度，并根据状态识别结果选择最优控制输出，实现分工况控制。步骤6：当自车处于安全状态时，考虑到驾驶员高舒适度的要求，避免不同状态切换过程可能引起加速度突变导致车辆出现较大抖动，对输出控制加速度进行连续化处理，将输出加速度变化率限定在驾驶员舒适度范围之内。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过分析ACC系统前向目标车辆相对于自车的状态，结合驾驶员的实际控制需求，设计相应自适应巡航控制器以及状态识别算法，实现ACC系统分工况控制，解决现有ACC系统无法适应复杂客观道路环境、无法满足驾驶员高舒适度以及低油耗要求的问题；并将CW/CA系统与传统ACC系统结合，解决了传统ACC系统在需要紧急制动情况下安全性不高的问题。总之，在充分保证驾驶安全的前提下，改善驾驶舒适度，降低车辆油耗，推动这一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：包括信息采集单元、状态识别单元、控制决策单元和汽车动力学单元；所述信息采集单元采集汽车行驶状态信息，并将其发送到状态识别单元；所述状态识别单元对自车安全状态以及前向目标车辆相对于自车的状态做出识别，并将识别结果发送到控制决策单元；所述控制决策单元分析各状态下驾驶员实际需求，以汽车安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为指标，建立多目标优化问题，并根据状态识别结果选择最优控制器，计算得到最优控制加速度并对其进行连续化处理，结果发送到汽车动力学单元；所述汽车动力学单元将最优控制加速度转化为期望的节气门开度或制动压力，实现汽车多状态分工况控制。

【技术特征摘要】
1.一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：包括信息采集单元、状态识别单元、控制决策单元和汽车动力学单元；所述信息采集单元采集汽车行驶状态信息，并将其发送到状态识别单元；所述状态识别单元对自车安全状态以及前向目标车辆相对于自车的状态做出识别，并将识别结果发送到控制决策单元；所述控制决策单元分析各状态下驾驶员实际需求，以汽车安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员乘坐舒适性为指标，建立多目标优化问题，并根据状态识别结果选择最优控制器，计算得到最优控制加速度并对其进行连续化处理，结果发送到汽车动力学单元；所述汽车动力学单元将最优控制加速度转化为期望的节气门开度或制动压力，实现汽车多状态分工况控制。2.如权利要求1所述一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：所述自车安全状态包括：安全、危险和非常危险三个等级；所述前车相对于自车的状态包括：无车状态、远距离接近状态、平稳状态、强加速状态、强减速状态和超速状态；所述无车状态是指自车前向雷达有效探测距离内没有目标车辆；所述远距离接近状态是指车间距离远大于驾驶员期望的跟车距离且前车速度远小于自车速度；所述超速状态是指前向目标车辆速度大于驾驶员设定的自车定速巡航速度。3.如权利要求1所述一种汽车自适应巡航分工况控制系统，其特征在于：所述控制决策单元包括最优控制器选择模块、最优控制量计算模块和控制量连续化处理模块；所述最优控制器包括：定速巡航控制器、接近控制器、跟随控制器、强加速控制器、强减速控制器和紧急制动控制器。所述接近控制器能够使得自车在保证安全的前提下，以尽可能短的时间接近前车并稳定跟随行驶，实现时间最优控制功能，状态识别结果为接近状态时被选择；所述强加速控制器能够降低前车突然加速带来的自车油耗恶化和驾驶员...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴昌浩，杨旗，禄盛，江超，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50