[發明專利]車輛多目標協調式自適應巡航控制性能的數學量化方法

有效

• 申請號: 200810225585.1
• 申請日: 2008-11-06
• 公開（公告）號: CN101425106A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 李克強;李升波;王建強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關 暢

技術領域

本發明涉及一種車輛駕駛員輔助系統性能的評價技術，特別是關于一種車輛多目標協調式自適應巡航控制(Multi-Target?Coordinated?Adaptive?CruiseControl，MTC?ACC)性能的數學量化方法。

背景技術

目前，傳統的自適應巡航控制(Adaptive?Cruise?Control，ACC)系統的設計多以跟蹤性能為目標。隨著ACC系統的日漸普及，人們對其性能提出新的要求，即除了必要的跟蹤性能，應同時具備低燃油消耗且符合駕駛員特性的特點。然而，自適應巡航過程中，燃油經濟性、跟蹤性能和駕駛員感受是相互矛盾的。燃油經濟性的提高通常導致車輛動力性下降，進而影響車輛的跟蹤性能。跟蹤性能的降低會帶來兩個問題：1)當前車加速時，因加速能力不足產生的過大車距，易引起頻繁的前車切入，影響車輛的油耗和駕駛員感受；2)當前車減速時，因制動能力不足會導致車間距離迅速減小，易發生追尾碰撞，影響車輛的安全性。反之，若ACC系統單純追求跟蹤性能，則不免帶來緊急加速/制動，一方面會產生不必要的燃油浪費，另一方面往往造成縱向乘坐舒適性的下降，導致跟車過程與駕駛員駕駛特性不符，使ACC系統失去輔助駕駛功能。

針對上述問題，本申請人已經提出一種基于模型預測控制(Model?PredictiveControl，MPC)理論的車輛MTC?ACC方法，該方法的基本原理為：根據MTC?ACC對跟蹤性能、燃油消耗和駕駛員特性的不同需求，設計多目標代價函數和輸入輸出約束，并建立相應多目標優化控制問題；滾動時域優化求解多目標優化控制問題，利用最優開環控制量進行反饋，實現閉環控制。這也是新一代ACC系統的基本原理。

目前，國際標準ISO?15622-2002為傳統ACC系統的性能評價與測試制定了較為完善的規范。然而該國際標準集中于跟蹤性能的評價方面，主要滿足傳統ACC系統在不同類型道路、不同交通流和多種天氣狀態下性能測試要求。由于車輛多目標協調式自適應巡航控制過程中，控制目標不是唯一的且相互影響制約，為單一跟蹤性能設計的評價與測試方法遠不能適合新一代ACC系統性能的評價與測試。而且，車輛多目標協調式自適應巡航控制過程中，燃油經濟性與車輛發動機和傳動系的狀態相關，跟蹤性能與引導車和ACC車之間的相對運動狀態相關，駕駛員感受與駕駛員本身的駕駛特性和主觀感受相關，單一的數學量化方法必然不能涵蓋所有性能指標的需求。不僅如此，目前對車輛MTC?ACC也尚未形成統一的性能量化標準。限于車輛MTC?ACC性能量化標準的缺失，因此很難對比不同MTC?ACC方法的優缺點。即使對于同一MTC?ACC方法，也無法判斷不同參數對控制性能的影響，難以實現控制系統的參數優化設計，這直接影響車輛MTC?ACC系統的開發與應用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提出一種車輛MTC?ACC性能的數學量化方法，綜合二范數型函數和線性不等式約束，建立車輛MTC?ACC過程中燃油經濟性、跟蹤性能和駕駛員感受的數學量化指標，為車輛MTC?ACC的參數設計及其性能評價提供依據。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種車輛多目標協調式自適應巡航控制性能的數學量化方法，具體是：綜合二范數型函數和線性不等式約束，建立車輛多目標協調式自適應巡航控制過程中燃油經濟性、跟蹤性能和駕駛員感受性能的數學量化指標：1)利用行車過程中燃油消耗率的二范數反映車輛燃油消耗總量，建立燃油經濟性的范數型量化指標；2)對跟蹤性能進行的量化包括兩個部分：①利用行車過程中，車速誤差和車距誤差的二范數描述跟蹤性能，保證自適應巡航控制的穩態跟蹤誤差趨向于零，建立跟蹤性能的范數型量化指標；②利用駕駛員試驗數據統計得到駕駛員容許的跟蹤性能指標，建立車距誤差和車速誤差的約束型指標；3)駕駛員感受性能指標包括穩態跟車距離指標、縱向乘坐舒適性指標和駕駛員動態跟車指標，因此對駕駛員感受性能進行的量化包括以下三個部分：①利用當前車勻速行駛時，車距誤差絕對值不超過允許的穩態收斂誤差描述穩態跟車距離，建立穩態跟車距離的約束型量化指標；②利用線性不等式限制車輛加速度及其導數的上下限，保證縱向乘坐舒適性，建立縱向乘坐舒適性的約束型量化指標；③利用車輛狀態和期望參考軌跡的差的二范數描述多目標協調式自適應巡航控制與駕駛員特性的差別，建立駕駛員動態跟車特性的范數型量化指標。

所述燃油經濟性的范數型量化指標的數學表達式為：