车辆多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法技术

本发明专利技术涉及一种车辆多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，其综合二范数型函数和线性不等式约束，建立车辆ＭＴＣ　ＡＣＣ过程中燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受性能的数学量化指标：１）利用行车过程中燃油消耗率的二范数反映车辆燃油消耗总量，建立燃油经济性的范数型量化指标；２）利用行车过程中车速误差和车距误差的二范数描述跟踪性能，建立跟踪性能的范数型量化指标；同时，利用驾驶员试验数据统计得到驾驶员容许的跟踪误差标准，建立车距误差和车速误差的约束型指标；３）对驾驶员感受性能的量化包括稳态跟车距离指标、纵向乘坐舒适性指标和驾驶员动态跟车指标三个部分，分别为约束型、约束型和范数型指标。本发明专利技术能够为车辆为车辆ＭＴＣ　ＡＣＣ的参数设计及其性能评价提供依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车辆驾驶员辅助系统性能的评价技术，特别是关于一种车辆多目标协调式自适应巡航控制(Multi-Target Coordinated Adaptive CruiseControl，MTC ACC)性能的数学量化方法。
技术介绍
目前，传统的自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)系统的设计多以跟踪性能为目标。随着ACC系统的日渐普及，人们对其性能提出新的要求，即除了必要的跟踪性能，应同时具备低燃油消耗且符合驾驶员特性的特点。然而，自适应巡航过程中，燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受是相互矛盾的。燃油经济性的提高通常导致车辆动力性下降，进而影响车辆的跟踪性能。跟踪性能的降低会带来两个问题：1)当前车加速时，因加速能力不足产生的过大车距，易引起频繁的前车切入，影响车辆的油耗和驾驶员感受；2)当前车减速时，因制动能力不足会导致车间距离迅速减小，易发生追尾碰撞，影响车辆的安全性。反之，若ACC系统单纯追求跟踪性能，则不免带来紧急加速/制动，一方面会产生不必要的燃油浪费，另一方面往往造成纵向乘坐舒适性的下降，导致跟车过程与驾驶员驾驶特性不符，使ACC系统失去辅助驾驶功能。针对上述问题，本申请人已经提出一种基于模型预测控制(Model PredictiveControl，MPC)理论的车辆MTC ACC方法，该方法的基本原理为：根据MTC ACC对跟踪性能、燃油消耗和驾驶员特性的不同需求，设计多目标代价函数和输入输出约束，并建立相应多目标优化控制问题；滚动时域优化求解多目标优化控制问题，利用最优开环控制量进行反馈，实现闭环控制。这也是新一代ACC系统的基本原理。目前，国际标准ISO 15622-2002为传统ACC系统的性能评价与测试制定了较为完善的规范。然而该国际标准集中于跟踪性能的评价方面，主要满足传统ACC系统在不同类型道路、不同交通流和多种天气状态下性能测试要求。由于车辆多目标协调式自适应巡航控制过程中，控制目标不是唯一的且相互影响制约，为单一跟踪性能设计的评价与测试方法远不能适合新一代ACC系统性能的评价与测试。而且，车辆多目标协调式自适应巡航控制过程中，燃油经济性与车辆发动机和传动系的状态相关，跟踪性能与引导车和ACC车之间的相对运动状态相关，驾驶员感受与驾驶-->员本身的驾驶特性和主观感受相关，单一的数学量化方法必然不能涵盖所有性能指标的需求。不仅如此，目前对车辆MTC ACC也尚未形成统一的性能量化标准。限于车辆MTC ACC性能量化标准的缺失，因此很难对比不同MTC ACC方法的优缺点。即使对于同一MTC ACC方法，也无法判断不同参数对控制性能的影响，难以实现控制系统的参数优化设计，这直接影响车辆MTC ACC系统的开发与应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提出一种车辆MTC ACC性能的数学量化方法，综合二范数型函数和线性不等式约束，建立车辆MTC ACC过程中燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受的数学量化指标，为车辆MTC ACC的参数设计及其性能评价提供依据。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种车辆多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，具体是：综合二范数型函数和线性不等式约束，建立车辆多目标协调式自适应巡航控制过程中燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受性能的数学量化指标：1)利用行车过程中燃油消耗率的二范数反映车辆燃油消耗总量，建立燃油经济性的范数型量化指标；2)对跟踪性能进行的量化包括两个部分：①利用行车过程中，车速误差和车距误差的二范数描述跟踪性能，保证自适应巡航控制的稳态跟踪误差趋向于零，建立跟踪性能的范数型量化指标；②利用驾驶员试验数据统计得到驾驶员容许的跟踪性能指标，建立车距误差和车速误差的约束型指标；3)驾驶员感受性能指标包括稳态跟车距离指标、纵向乘坐舒适性指标和驾驶员动态跟车指标，因此对驾驶员感受性能进行的量化包括以下三个部分：①利用当前车匀速行驶时，车距误差绝对值不超过允许的稳态收敛误差描述稳态跟车距离，建立稳态跟车距离的约束型量化指标；②利用线性不等式限制车辆加速度及其导数的上下限，保证纵向乘坐舒适性，建立纵向乘坐舒适性的约束型量化指标；③利用车辆状态和期望参考轨迹的差的二范数描述多目标协调式自适应巡航控制与驾驶员特性的差别，建立驾驶员动态跟车特性的范数型量化指标。所述燃油经济性的范数型量化指标的数学表达式为：LFC=1S∫t0t0+T||Qt||wq2dt]]>其中，LFC为燃油经济性的范数型量化指标，t0为初始时刻，T为行车时间，S为行车里程，表示以w为权系数的二范数，Qt为车辆燃油消耗率，wq为燃油消耗率的权系数。所述跟踪性能的范数型量化指标的数学表达式为：-->LTE=1T∫t0t0+T(||Δd||wd2+||Δv||wv2)dt]]>其中，LTE为跟踪性能的范数型量化指标，Δd为车距误差，Δv为车速误差，wd为Δd的权系数，wv为Δv的权系数。所述车距误差和车速误差的约束型指标的数学表达式为：Δdmin·SDE≤Δd≤Δdmax·SDEΔvmin·SVE≤Δv≤Δvmax·SVE其中，Δdmin为车距误差下限，Δdmax为车距误差上限，Δvmin为速度误差下限和Δvmax为速度误差上限，可由驾驶员跟车过程的试验数据辨识得到；SDE是驾驶员对车距误差的敏感度，SVE是驾驶员对车速误差的敏感度，其一般表达形式为：SVE=kSVEvf+dSVESDE=kSDEvf+dSDE]]>其中，kSVE，dSVE，kSDE，dSDE为SVE和SDE的系数，也可由驾驶员实验数据辨识得到。所述稳态跟车距离的约束型量化指标的数学表达式为：|d-ddes|≤δ，当vp＝const其中，vp为前车车速，δ为稳态收敛误差，d为实际车距，ddes为期望车距，由驾驶员期望车距模型计算得到，即：ddes＝DCM(vf)其中，vf为自车车速，DCM()表示驾驶员期望车距模型。所述纵向乘坐舒适性的约束型量化指标的数学表达式为：afmin<af<afmaxjfmin<af<jfmax其中，afmin为加速度下限，afmax为加速度上限，jfmin为加速度导数的下限，jfmax为加速度导数的上限，可由驾驶员试验数据辨识得到。所述驾驶员动态跟车特性的范数型量化指标的数学表达式为：LDF=1T∫t0t0+T||afR-af||wa2dt]]>其中，LDF为驾驶员动态跟车特性的范数型量化指标，af为车辆纵向加速度，afR为驾驶员跟驰模型的输出，wa为相应的权系数；驾驶员跟驰模型的输入信息为车间状态信息Δv和Δd，输出为期望车辆纵向加速度afR，其一般形式为：afR＝DCF(Δd，Δv)其中，DCF(·)表示跟驰模型的数学函数。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、从多目标协调式控制器的设计方面来看，本专利技术提出了两类数学量化指标。其中，范数型量化指标具有二-->次函数形式，也适合作为控制器的代价函数；约束型量化指标属于线性不等式，适合作为控制器的输入输出约束，故二者可融于多目标协调式控制算法的设计过程。2、从量化指标的物理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，具体是：综合二范数型函数和线性不等式约束，建立车辆多目标协调式自适应巡航控制过程中燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受性能的数学量化指标：　１）利用行车过程中燃油消耗率的二范数反映车辆 燃油消耗总量，建立燃油经济性的范数型量化指标；　２）对跟踪性能进行的量化包括两个部分：　①利用行车过程中，车速误差和车距误差的二范数描述跟踪性能，保证自适应巡航控制的稳态跟踪误差趋向于零，建立跟踪性能的范数型量化指标；　② 利用驾驶员试验数据统计得到驾驶员容许的跟踪性能指标，建立车距误差和车速误差的约束型指标；　３）驾驶员感受性能指标包括稳态跟车距离指标、纵向乘坐舒适性指标和驾驶员动态跟车指标，因此对驾驶员感受性能进行的量化包括以下三个部分：　①利 用当前车匀速行驶时，车距误差绝对值不超过允许的稳态收敛误差描述稳态跟车距离，建立稳态跟车距离的约束型量化指标；　②利用线性不等式限制车辆加速度及其导数的上下限，保证纵向乘坐舒适性，建立纵向乘坐舒适性的约束型量化指标；　③利用车辆 状态和期望参考轨迹的差的二范数描述多目标协调式自适应巡航控制与驾驶员特性的差别，建立驾驶员动态跟车特性的范数型量化指标。...

【技术特征摘要】
1、一种车辆多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，具体是：综合二范数型函数和线性不等式约束，建立车辆多目标协调式自适应巡航控制过程中燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受性能的数学量化指标：1)利用行车过程中燃油消耗率的二范数反映车辆燃油消耗总量，建立燃油经济性的范数型量化指标；2)对跟踪性能进行的量化包括两个部分：①利用行车过程中，车速误差和车距误差的二范数描述跟踪性能，保证自适应巡航控制的稳态跟踪误差趋向于零，建立跟踪性能的范数型量化指标；②利用驾驶员试验数据统计得到驾驶员容许的跟踪性能指标，建立车距误差和车速误差的约束型指标；3)驾驶员感受性能指标包括稳态跟车距离指标、纵向乘坐舒适性指标和驾驶员动态跟车指标，因此对驾驶员感受性能进行的量化包括以下三个部分：①利用当前车匀速行驶时，车距误差绝对值不超过允许的稳态收敛误差描述稳态跟车距离，建立稳态跟车距离的约束型量化指标；②利用线性不等式限制车辆加速度及其导数的上下限，保证纵向乘坐舒适性，建立纵向乘坐舒适性的约束型量化指标；③利用车辆状态和期望参考轨迹的差的二范数描述多目标协调式自适应巡航控制与驾驶员特性的差别，建立驾驶员动态跟车特性的范数型量化指标。2、如权利要求1所述的一种多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，其特征在于：所述燃油经济性的范数型量化指标的数学表达式为：LFC=1S∫t0t0+T||Qt||wq2dt]]>其中，LFC为燃油经济性的范数型量化指标，t0为初始时刻，T为行车时间，S为行车里程，表示以w为权系数的二范数，Qt为车辆燃油消耗率，wq为燃油消耗率的权系数。3、如权利要求1所述的一种多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，其特征在于：所述跟踪性能的范数型量化指标的数学表达式为：LTE=1T∫t0t0+T(||Δd||wd2+||Δv||wv2)dt]]>其中，LTE为跟踪性能的范数型量化指标，Δd为车距误差，Δv为车速误差，wd为Δd的权系数，wv为Δv的权系数。4、如权利要求2所述的一种多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方法，其特征在于：所述跟踪性能的范数型量化指标的数学表达式为：LTE=1T∫t0t0+T(||Δd||wd2+||Δv||wv2)dt]]>其中，LTE为跟踪性能的范数型量化指标，Δd为车距误差，Δv为车速误差，wd为Δd的权系数，wv为Δv的权系数。5、如权利要求1或2或3或4所述的一种多目标协调式自适应巡航控制性能的数学量化方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克强，李升波，王建强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]