[發明專利]一種車輛多目標協調換道輔助自適應巡航控制方法

有效

• 申請號: 201410033746.2
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103754224A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 黨睿娜;李克強;王建強;李升波;謝伯元;趙樹連;秦曉輝;李曉飛;張放;丁潔云
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60W40/10
• 分類號: B60W40/10;B60W30/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種車輛縱向動力學控制方法，特別是關于一種基于模型預測控制理論的車輛多目標協調換道輔助自適應巡航控制方法。

背景技術

作為駕駛輔助系統(DAS,Driver?Assistance?Systems)的典型代表之一，自適應巡航控制系統(ACC,Adaptive?Cruise?Control?System)能夠提升行駛安全、改善交通擁堵和緩解駕駛疲勞，已經得到研究機構和汽車企業的廣泛認可與關注。但是現有ACC系統的研究主要基于直線行駛開展，在換道駕駛下，現有ACC系統表現出一定的局限性，甚至對車輛正常駕駛造成干擾。例如：在接近前車工況下，當駕駛員執行換道時，常規ACC系統無法識別換道意圖，繼續跟隨原始車道前車行駛，從而對駕駛員的換道行為造成干擾，增加駕駛員對系統的干預頻率。

換道過程存在自車與兩輛前車之間的跟蹤性、自車與周邊多車輛之間的安全性和駕駛員縱向感受舒適性這三個方面的多目標協調優化問題，現有ACC無法滿足這一需求，其中，跟蹤性問題體現在：換道開始之前，常規ACC的跟車目標為原始車道前車；換道開始后，常規ACC仍以原始車道前車為唯一跟車目標，對駕駛員換道意圖造成阻礙；跨道過程中，常規ACC突然改變跟車目標，不僅導致期望加速度發生突變，而且使駕駛員產生不舒適感；換道結束后，常規ACC由于較晚考慮與目標車道前車的跟車控制，需要較長時間調整與目標車道前車的跟車關系。安全性問題體現在：換道過程中，換道車輛本身的狀態波動將對原始車道和目標車道的前車和后車造成一定干擾，有可能引發追尾事故。舒適性問題體現在：當ACC輸出的加速度絕對值較大時，駕駛員會產生不舒適感。針對常規ACC阻礙換道的問題，已有學者提出為常規ACC系統增設自動換道功能，但是自動換道涉及橫向動力學，需要對方向盤進行控制，與ACC的系統結構和控制算法差異較大；另外，自動換道僅僅是控制單車輛完成換道行為，缺乏考慮換道車輛與周邊多車輛之間的運動協調，難以保障換道安全。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠實現換道過程中自車與兩輛前車之間的跟蹤性、自車與周邊多車輛之間的安全性以及駕駛員縱向感受舒適性三個方面協調優化的車輛多目標協調換道輔助自適應巡航控制方法。

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換道輔助自適應巡航控制方法，其包括以下步驟：1）建立自車動力學模型、旁車動力學模型以及駕駛員期望跟車模型；2）根據兩前車跟蹤性、多車運動安全性和縱向駕駛舒適性的需求目標，設定LCACC的綜合性能指標，其中，LCACC的綜合性能指標包括代價函數和I/O約束；①LCACC代價函數的設定：a）利用自車與兩輛前車的車距誤差和車速誤差的二范數線性組合建立跟蹤性代價函數；b）利用約束縱向加速度建立舒適性代價函數；②LCACCI/O約束的設定：a）在跟蹤性能方面，利用駕駛員實驗數據統計得到用于限制車速誤差和車距誤差的駕駛員容許的跟車誤差約束；b）在安全性能方面，從跟車和避撞的角度出發，約束自車與周邊多車輛之間的安全距離；c）在舒適性能方面，約束期望縱向加速度的取值范圍；3）建立多目標協調優化控制問題，采用滾動時域優化算法求解多目標協調優化控制問題，得到最優控制量，實現優化控制。

所述步驟3）建立多目標協調優化控制問題，采用滾動時域優化算法求解多目標協調優化控制問題，得到最優控制量，包括以下步驟：①獲得自車和周邊車輛的運動狀態信息，并將其發送到自車控制器；②利用線性加權和法將跟蹤性代價函數和舒適性代價函數轉化為整體代價函數：

L_index＝L_tra+L_com；

式中，L_tra表示跟蹤性代價函，L_com表示舒適性代價函數；

③將所有I/O約束轉化為與系統預測時域輸入向量相關的約束條件；

A_UU≤b_U

式中，A_U為約束不等式的系數矩陣，U為系統預測時域輸入向量，b_U為約束不等式的常數項矩陣；④結合LCACC代價函數和I/O約束的數學形式，建立多目標協調優化控制問題：

min?L_index

Subj.to:

A_UU≤b_U

⑤采用約束管理法軟化硬約束，選擇Dantizig-wolfe有效集法，求解多目標協調優化控制問題，得到最優控制量為：