[發明專利]一種基于正交配置優化的汽車自動制動裝置

有效

• 申請號: 201310229661.7
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103273913A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 劉興高;胡云卿;張海波;周赤平;孫優賢
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B60T7/12
• 分類號: B60T7/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種基于正交配置優化的汽車自動制動裝置，在出現緊急狀況時能使汽車自動減速或停止，同時使駕駛員獲得最多的制動時間。其特征在于：由障礙物距離測量傳感器、當前車速測量傳感器、汽車中控MCU、制動器單元、緊急制動警報及狀態顯示設備構成，各組成部分均由車內數據總線連接。所述裝置的運行過程包括：

步驟A1：在中控MCU中輸入對應于該車的制動參數；

步驟A2：開啟障礙物距離測量傳感器和當前車速測量傳感器用于實時測量前方障礙物距離和當前車速；

步驟A3：當障礙物距離等于當前車速下的建議制動距離、且駕駛員沒有制動動作時，中控MCU自動執行內部的正交配置優化算法，計算出最優制動力，并根據獲得的最優制動力向制動器單元輸出制動指令，使該汽車在接觸障礙物之前停下來；

步驟A4：中控MCU執行完正交配置優化算法的同時，向駕駛員發出緊急制動報警信號。

所述的汽車中控MCU部分，包括信息采集模塊、初始化模塊、常微分方程組（Ordinary?differential?equations，簡稱ODE）正交配置模塊、非線性規劃問題（Non-linear?Programming，簡稱NLP）求解模塊、控制指令輸出模塊。其中，信息采集模塊包括障礙物距離采集、當前車速采集、人為剎車動作采集三個子模塊；NLP求解模塊包括尋優方向計算、尋優步長計算、NLP收斂性判斷三個子模塊。

所述的汽車中控MCU自動產生制動信號的正交配置優化算法運行步驟如下：

步驟B1：信息采集模塊（31）實時獲取障礙物距離測量傳感器、當前車速測量傳感器送入中控MCU的當前值，并檢測駕駛員是否有制動動作。當障礙物距離測量傳感器測到的障礙物距離等于當前車速下的建議制動距離、且駕駛員沒有制動動作時，執行從步驟B2開始的正交配置優化算法；

步驟B2：初始化模塊（32）開始運行，設置制動過程時間的離散段數、制動軌跡的初始猜測值u⁽⁰⁾(t)、狀態軌跡的初始值s⁽⁰⁾(t)和v⁽⁰⁾(t)，設定優化精度要求tol；

步驟B3：通過ODE正交配置模塊將常微分方程組在時間軸[t₀,t_f]上全部離散；

步驟B4：通過NLP問題求解模塊獲得所需的制動軌跡和對應狀態軌跡，這個過程包括多次內部迭代，每次迭代都要計算尋優方向和尋優步長。對于某一次迭代得到的制動軌跡u^(k)(t)，如果其對應目標函數值J[u^(k)(t)]與前一次迭代的目標函數值J[u^(k-1)(t)]之差小于精度要求tol，則判斷收斂性滿足，并將制動軌跡u^(k)(t)作為指令輸出到制動器單元。

所述的ODE正交配置模塊，采用如下步驟實現：

步驟C1：將控制軌跡u(t)、狀態軌跡s(t)和v(t)用M階基函數的線性組合表示，即：

u(t)≈Σj=1Mui,jφi,j(M)(t),i=1,2,...,N]]>

s(t)≈Σj=1Msi,jφi,j(M)(t),i=1,2,...,N]]>

v(t)≈Σj=1Mvi,jφi,j(M)(t),i=1,2,...,N]]>

其中N是時間軸[t₀,t_f]的離散段數，φ(t)可以選擇拉格朗日插值基函數、樣條基函數、小波基函數等不同種類的基函數，線性組合系數u_i,j、s_i,j、v_i,j分別是u(t)、s(t)和v(t)在配置點t_i,j上的值。

步驟C2：由于所有基函數的導函數表達式已知，于是狀態軌跡的微分方程組被離散化代數形式：

s·(t)≈Σj=1Msi,jφ·(M)i,j(t),i=1,2,...,N]]>

v·(t)≈Σj=1Mvi,jφ·(M)i,j(t),i=1,2,...,N]]>

步驟C3：用離散化后的微分方程組代替原來微分方程組，將得到待求的NLP問題。

所述的NLP求解模塊，采用如下步驟實現：

步驟D1：將制動力u^(k-1)(t)作為向量空間中的某個點，記作P₁，P₁對應的目標函數值就是J[u^(k-1)(t)]；

步驟D2：從點P₁出發，根據選用的NLP算法構造向量空間中的一個尋優方向d^(k-1)和步長α^(k-1)

步驟D3:通過式u^(k)(t)=u^(k-1)(t)+α^(k-1)d^(k-1)構造向量空間中對應u^(k)的另外一個點P₂，使得P₂對應的目標函數值J[u^(k)(t)]比J[u^(k-1)(t)]更優。