一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器及其工作方法，所述的控制器包括感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统，所述的感知系统分别与换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统连接，所述的换道辅助系统分别与换道预警系统和ACC系统双向连接，所述的换道辅助系统分别与换道轨迹规划路径跟踪器和MPC控制器连接。本发明专利技术不仅具有原ACC系统的全部功能，即可以通过车载雷达等传感器监测汽车前方的道路交通环境，对车辆进行纵向控制，使本车与前车保持安全距离行驶；还可以在前方有复杂交通状况或驾驶员有换道意图时避开障碍物进行自主换道；并可以有效避免事故发生，也极大改善ACC系统对驾驶员换道造成的不适感。

【技术实现步骤摘要】
一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器及其工作方法
本专利技术涉及辅助驾驶
，特别是一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器及其工作方法。
技术介绍
汽车行业的发展趋势为“汽车四化”，即电动化、智能化、共享化和网联化，在新能源汽车的基础上结合单车智能技术，融合互联网科技最终实现智能网联的高级辅助驾驶技术将成为汽车行业未来的必然趋势。同时为应对交通事故所导致的全球安全性问题，高级驾驶辅助系统得到迅猛发展，自适应巡航系统(ACC:AdaptiveCruiseControl)和换道辅助系统作为高级驾驶系统的重要组成部分，如何将二者同时应用于车上成为目前辅助驾驶急待解决的问题。自适应巡航系统通过车载雷达等传感器技术以及驾驶员实时操作信息，利用模型预测算法控制算法进行车辆操作来保证跟车安全性，通过人、车、路三者的有效结合，大幅度提升了行驶安全性，改善了交通拥堵和疲劳驾驶。现有ACC系统主要针对单一路况开展，主要研究车辆的跟车稳定行驶性，利用控制算法保持前后两车的安全距离，集中于车辆的纵向安全。但在行驶过程中，车辆路况复杂，现有ACC系统无法处理交叉路口、车辆汇流等复杂交通工况和间距固定的问题。因此，为了克服现有ACC系统在交叉路口行驶或应用于电动汽车时的局限性，例如当驾驶员有换道意图或遇到对面车辆有交汇车辆时，常规ACC系统由于目标车依然存在，会对驾驶员的换道产生严重的干扰，造成事故。
技术实现思路
针对现有ACC系统无法处理交叉路口、车辆汇流等复杂交通工况和间距固定等问题，本专利技术要设计一种既能在遇到前方有突发状况时进行自主换道，又能在有车辆行驶时切换至ACC系统的具有换道辅助功能的自适应巡航控制器及其工作方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器，包括感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统，所述的感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统集成于整车控制器中，所述的感知系统分别与换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统连接，所述的换道辅助系统分别与换道预警系统和ACC系统双向连接，所述的换道辅助系统分别与换道轨迹规划路径跟踪器和MPC控制器连接；所述的MPC控制器分别与ACC系统、节气门和控制踏板连接；所述的换道轨迹规划路径跟踪器与方向盘连接。所述的感知系统包括RGB-D视觉传感器、单轴陀螺仪和光编码传感器，所述的RGB-D视觉传感器、单轴陀螺仪以及光编码器获得的信息作为输入对车辆进行定位和控制。在车辆行驶过程中，RGB-D视觉传感器用于检测前方障碍物，进行前方障碍物测距，确定可行驶安全区域。单轴陀螺仪和光编码器分别用于车辆角速度以及速度测量，获得车辆里程计信息。所述的换道预警系统是当前方出现换道路况时报警并提醒驾驶员开始作换道准备。所述的换道辅助系统是当前方有复杂交汇车辆出现时，控制车辆进行自主换道操作，在自主换道过程中首先进行换道轨迹的规划，其次对经过规划的路径进行跟踪来实现换道子系统的完成；所述的ACC系统是当前方有同向车辆或无车辆时，控制车辆自动切换至ACC系统，ACC系统采用模型预测方法实现间距可变的跟车过程。一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器的工作方法，包括以下步骤：A、感知系统采集车辆前方路况：感知系统实时采集车辆前方路况，并将路况信息实时传输给具有换道辅助功能的自适应巡航控制器；具有换道辅助功能的自适应巡航控制器对车辆前方路况信息进行判断，若感知系统监测出前方有交汇车辆驶来或者驾驶员有换道意图时，换道预警系统发出带有换道声音的信号同时触发换道辅助系统进行工作；当车辆前方有同向行驶车辆或需要进行跟随操作时开启ACC系统；B、换道预警系统根据感知系统传来的信号判断是否有换道必要，发出警报信号并将信号传给换道辅助系统，同时接收换道辅助系统是否已经开始执行，若已执行则关闭换道预警系统，若未执行，则继续开启换道预警系统；C、换道辅助系统根据前方路况判断是否存在障碍物，将换道轨迹规划分为有障碍物换道和无障碍物换道，两种轨迹规划都采用拟合多次项轨迹方程的方式，最后对规划路径利用模型预测方法进行换道路线轨迹跟踪完成换道任务；具体工作方法如下：C1、根据上层感知系统判断换道前方路况通过感知系统中的RGB-D视觉传感器对车辆前方状况进行实时检测；C2、判断前方是否有障碍物若前方未检测到障碍物的存在，则启动无障碍物换道模式转步骤C21；若前方检测到有障碍物则启动有障碍物换道模式，转步骤C22；C21、规划换道过程无障碍多项式换道路径根据车辆的起始状态和目标状态得出一条期望换道路径，使车辆在规定时间内到达相邻车道；对车辆横纵向运动利用五次多项式拟合换道轨迹：分别对五次多项式求一阶导和二阶导相应得到速度和加速度的五次多项式，结合车辆换道的始末状态得出换道轨迹如下：其中:A＝(a5,a4,a3,a2,a1,a0)B＝(b5,b4,b3,b2,b1,b0)式中，f(x)为横向换道轨迹多项式函数，f(y)分别为纵向换道轨迹多项式函数，T6×6为多次项矩阵，A、B均为多项式系数矩阵，根据车辆换道起始时刻到结束时刻的平均速度以及换道时间确定，以此求得换道轨迹方程；转步骤C3；C22、规划换道过程有障碍多项式换道路径若换道过程中有障碍物出现，则对式(1)进行约束限制；在实际车辆前行过程中，纵向速度是不断变化的，因此引入车辆几何学模型的方法对其进行约束限制；C221、选用动态圆包围的形式对车辆进行等价替代，即以车辆宽度为直径所处位置不断作圆；以圆扫过的面积替代车辆模型；C222、对该车辆模型进行分析得出各动态圆的方程，并分析换道车辆不发生碰撞的几何条件，得出约束条件如下：(x2-x1)2+(y2-y1)2＞(R1+R2)2(3)式中xf为车辆前端的横坐标，xr为车辆后端的横坐标，yf为车辆前端的纵坐标，yr为车辆后端的纵坐标，x1为障碍车的横坐标，x2为本车的横坐标，y1为障碍车的纵坐标，y2为本车的纵坐标，R1为障碍车等效动态圆圆心，R2为本车等效动态圆圆心，同时忽略横摆角速度和质心侧偏角的影响，将式(2)代入式(3)得：[x1r+u1x(x1f-x1r-x2r-u2x(x2f-x2r))]2+[y1r+u1y(y1-y1r)-y2r-u2y(y2f-y2r)]2＞(R1+R2)2(4)其中，x1r为障碍车后端的横坐标，x1f为障碍车前端的横坐标，x2r为本车后端的横坐标，x2f为本车前端的横坐标，y1r为障碍车后端的纵坐标，y1f为障碍车前端的纵坐标，y2r为本车后端的纵坐标，y2f为本车前端的纵坐标，整理式(4)得：α2a62+βb6+γ＞0(5)其中α、β、γ是关于时间的函数，a6、b6是障碍换道中六次项的系数，根据求根公式确定a6的范围：C223、确定有障碍时的换道轨迹方程基于式(5)确定换道的多项式系数，同时考虑在换道时间内用动态圆建立的车辆模型不能与障碍车辆的前后端存在交点，在车辆汇流处，假设在某一时刻本车的车头到达前车车尾处，则称其为碰撞时刻，若要两车不发生碰撞，此时刻本车在目标车道至少产生一个宽度为车身宽度的位移，分别对本车前后端进行临界碰撞检测，并根据本车车体长宽给出一边界值求a6，以此确定多项式系数矩阵A、B的值代入式(1)形成有障碍物的换道轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器，其特征在于：包括感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统，所述的感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统集成于整车控制器中，所述的感知系统分别与换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统连接，所述的换道辅助系统分别与换道预警系统和ACC系统双向连接，所述的换道辅助系统分别与换道轨迹规划路径跟踪器和MPC控制器连接；所述的MPC控制器分别与ACC系统、节气门和控制踏板连接；所述的换道轨迹规划路径跟踪器与方向盘连接；所述的感知系统包括RGB‑D视觉传感器、单轴陀螺仪和光编码传感器，所述的RGB‑D视觉传感器、单轴陀螺仪以及光编码器获得的信息作为输入对车辆进行定位和控制；在车辆行驶过程中，RGB‑D视觉传感器用于检测前方障碍物，进行前方障碍物测距，确定可行驶安全区域；单轴陀螺仪和光编码器分别用于车辆角速度以及速度测量，获得车辆里程计信息；所述的换道预警系统是当前方出现换道路况时报警并提醒驾驶员开始作换道准备；所述的换道辅助系统是当前方有复杂交汇车辆出现时，控制车辆进行自主换道操作，在自主换道过程中首先进行换道轨迹的规划，其次对经过规划的路径进行跟踪来实现换道子系统的完成；所述的ACC系统是当前方有同向车辆或无车辆时，控制车辆自动切换至ACC系统，ACC系统采用模型预测方法实现间距可变的跟车过程。...

【技术特征摘要】
1.一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器，其特征在于：包括感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统，所述的感知系统、换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统集成于整车控制器中，所述的感知系统分别与换道预警系统、换道辅助系统和ACC系统连接，所述的换道辅助系统分别与换道预警系统和ACC系统双向连接，所述的换道辅助系统分别与换道轨迹规划路径跟踪器和MPC控制器连接；所述的MPC控制器分别与ACC系统、节气门和控制踏板连接；所述的换道轨迹规划路径跟踪器与方向盘连接；所述的感知系统包括RGB-D视觉传感器、单轴陀螺仪和光编码传感器，所述的RGB-D视觉传感器、单轴陀螺仪以及光编码器获得的信息作为输入对车辆进行定位和控制；在车辆行驶过程中，RGB-D视觉传感器用于检测前方障碍物，进行前方障碍物测距，确定可行驶安全区域；单轴陀螺仪和光编码器分别用于车辆角速度以及速度测量，获得车辆里程计信息；所述的换道预警系统是当前方出现换道路况时报警并提醒驾驶员开始作换道准备；所述的换道辅助系统是当前方有复杂交汇车辆出现时，控制车辆进行自主换道操作，在自主换道过程中首先进行换道轨迹的规划，其次对经过规划的路径进行跟踪来实现换道子系统的完成；所述的ACC系统是当前方有同向车辆或无车辆时，控制车辆自动切换至ACC系统，ACC系统采用模型预测方法实现间距可变的跟车过程。2.一种具有换道辅助功能的自适应巡航控制器的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：A、感知系统采集车辆前方路况：感知系统实时采集车辆前方路况，并将路况信息实时传输给具有换道辅助功能的自适应巡航控制器；具有换道辅助功能的自适应巡航控制器对车辆前方路况信息进行判断，若感知系统监测出前方有交汇车辆驶来或者驾驶员有换道意图时，换道预警系统发出带有换道声音的信号同时触发换道辅助系统进行工作；当车辆前方有同向行驶车辆或需要进行跟随操作时开启ACC系统；B、换道预警系统根据感知系统传来的信号判断是否有换道必要，发出警报信号并将信号传给换道辅助系统，同时接收换道辅助系统是否已经开始执行，若已执行则关闭换道预警系统，若未执行，则继续开启换道预警系统；C、换道辅助系统根据前方路况判断是否存在障碍物，将换道轨迹规划分为有障碍物换道和无障碍物换道，两种轨迹规划都采用拟合多次项轨迹方程的方式，最后对规划路径利用模型预测方法进行换道路线轨迹跟踪完成换道任务；具体工作方法如下：C1、根据上层感知系统判断换道前方路况通过感知系统中的RGB-D视觉传感器对车辆前方状况进行实时检测；C2、判断前方是否有障碍物若前方未检测到障碍物的存在，则启动无障碍物换道模式转步骤C21；若前方检测到有障碍物则启动有障碍物换道模式，转步骤C22；C21、规划换道过程无障碍多项式换道路径根据车辆的起始状态和目标状态得出一条期望换道路径，使车辆在规定时间内到达相邻车道；对车辆横纵向运动利用五次多项式拟合换道轨迹：分别对五次多项式求一阶导和二阶导相应得到速度和加速度的五次多项式，结合车辆换道的始末状态得出换道轨迹如下：其中:A＝(a5,a4,a3,a2,a1,a0)B＝(b5,b4,b3,b2,b1,b0)式中，f(x)为横向换道轨迹多项式函数，f(y)分别为纵向换道轨迹多项式函数，T6×6为多次项矩阵，A、B均为多项式系数矩阵，根据车辆换道起始时刻到结束时刻的平均速度以及换道时间确定，以此求得换道轨迹方程；转步骤C3；C22、规划换道过程有障碍多项式换道路径若换道过程中有障碍物出现，则对式(1)进行约束限制；在实际车辆前行过程中，纵向速度是不断变化的，因此引入车辆几何学模型的方法对其进行约束限制；C221、选用动态圆包围的形式对车辆进行等价替代，即以车辆宽度为直径所处位置不断作圆；以圆扫过的面积替代车辆模型；C222、对该车辆模型进行分析得出各动态圆的方程，并分析换道车辆不发生碰撞的几何条件，得出约束条件如下：(x2-x1)2+(y2-y1)2＞(R1+R2)2(3)式中xf为车辆前端的横坐标，xr为车辆后端的横坐标，yf为车辆前端的纵坐标，yr为车辆后端的纵坐标，x1为障碍车的横坐标，x2为本车的横坐标，y1为障碍车的纵坐标，y2为本车的纵坐标，R1为障碍车等效动态圆圆心，R2为本车等效动态圆圆心，同时忽略横摆角速度和质心侧偏角的影响，将式(2)代入式(3)得：[x1r+u1x(x1f-x1r-x2r-u2x(x2f-x2r))]2+[y1r+u1y(y1-y1r)-y2r-u2y(y2f-y2r)]2＞(R1+R2)2(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈，许林娜，李琳辉，赵一兵，岳明，孙大川，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21