[發(fā)明專利]一種具有多模式切換體系的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510364817.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN104925057A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴曉飛;過學(xué)迅;張成才;譚智慧;陳可際
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/14
• 分類號(hào): B60W30/14;B60W10/06;B60W10/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;楊曉燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車駕駛員輔助系統(tǒng)，特別是一種具有十種控制模式，能夠適應(yīng)復(fù)雜駕駛模式及典型駕駛員特性的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

作為汽車駕駛員輔助系統(tǒng)中的典型代表，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)(ACC)依靠車載信息傳感器獲取前方道路交通信息，并基于道路目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況開展相應(yīng)的車輛縱向自動(dòng)駕駛控制，因此可以替代駕駛員的油門和剎車操作。迄今為止，ACC系統(tǒng)經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段：第一階段，主要針對(duì)簡單的高速公路環(huán)境，僅具備基本的維持安全車距與定速巡航功能。第二階段，可將ACC的工作范圍擴(kuò)展到城市低速模式，具有自動(dòng)走停跟車的功能。第三階段，出現(xiàn)了可同時(shí)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化的增強(qiáng)型ACC系統(tǒng)，性能上能兼顧安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，并開始向電動(dòng)汽車上集成。

但是，現(xiàn)有的ACC系統(tǒng)仍然局限于對(duì)汽車的縱向控制領(lǐng)域，當(dāng)汽車處于彎道模式、換道輔助模式、并線模式時(shí)，ACC功能就會(huì)失效，這極大的影響了駕駛員對(duì)ACC技術(shù)的接受度。因此，需要ACC系統(tǒng)不僅能適用于穩(wěn)態(tài)直線駕駛模式，對(duì)換道、彎道等瞬態(tài)模式也具有一定的適應(yīng)性。

為了提高ACC系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜行駛環(huán)境的魯棒性，不少學(xué)者嘗試用多模式切換的方法來加以解決，取得了初步的效果。意大利Plito理工大學(xué)的CANALE等人根據(jù)前車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將ACC定義為加速/勻速/減速三種模式，并在算法融入了駕駛員參考模型。美國密歇根大學(xué)的Fancher應(yīng)用相對(duì)車距-相對(duì)車速關(guān)系將ACC模式劃分為三個(gè)區(qū)域，從而決定汽車應(yīng)用哪種控制形式：速度控制/時(shí)距控制/避撞控制。清華大學(xué)的張德兆基于零期望加速度曲線，將ACC分為定速巡航、車距保持、接近前車和超車等四種模式。瑞典沃爾沃公司定義了ACC的五種功能，分別是接近前車、追尾避撞、加速跟隨、減速跟隨和并線。韓國首爾國立大學(xué)的K.Yi等人提出了一種具有換道支持功能的ACC系統(tǒng)，包含下列控制模式：穩(wěn)態(tài)跟車、轉(zhuǎn)向避讓、轉(zhuǎn)向避讓+輕微制動(dòng)、緊急制動(dòng)。四種控制模式可以根據(jù)實(shí)際的車間運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。

延續(xù)這一思路，有必要基于多模式切換總體框架，對(duì)控制模式采取了進(jìn)一步細(xì)分，提出了一種環(huán)境模式適應(yīng)性更好的ACC多模式控制方法，在有效減輕駕駛員工作強(qiáng)度的同時(shí)，性能上同樣具有更全面、更智能、更協(xié)調(diào)、更實(shí)用的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具有多模式切換體系的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，提高ACC系統(tǒng)在實(shí)際復(fù)雜形行駛件下的適應(yīng)性，特別是朝汽車橫向運(yùn)動(dòng)與瞬態(tài)模式方面擴(kuò)展與突破。而如何在多模式分層框架下建立對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制模式及其切換機(jī)制是解決ACC系統(tǒng)在復(fù)雜道路環(huán)境下適用性問題的關(guān)鍵。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種具有多模式切換體系的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，包括模式切換層、上層控制器、下層控制器三層控制架構(gòu)，所述模式切換層用于綜合環(huán)境車輛、道路信息以及駕駛意圖，匹配期望的控制模式，實(shí)現(xiàn)不同ACC控制模式之間的協(xié)調(diào)控制，所述上層控制器用于實(shí)現(xiàn)模式切換層選擇的該種控制模式下的最優(yōu)控制策略，所述下層控制器用于通過控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門和主動(dòng)制動(dòng)壓力來跟蹤上層控制器輸出的期望加速度。

本發(fā)明還提供了一種上述汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

1)首先，在模式切換層建立了車輛行駛模式劃分及模式切換機(jī)制，根據(jù)是否受到駕駛員轉(zhuǎn)向操作的影響、是否受到道路形狀的影響、是否受到前車運(yùn)動(dòng)的影響以及受到的是橫向/縱向運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)當(dāng)前汽車行駛模式進(jìn)行劃分，實(shí)現(xiàn)十種不同ACC控制模式的切換，十種ACC控制模式分別為：定速巡航模式、穩(wěn)態(tài)跟車模式、接近前車模式、急加速模式、強(qiáng)減速模式、彎道模式、換道輔助模式、避撞模式、并線模式、切出模式，其中，前兩種為穩(wěn)態(tài)模式，后八種為瞬態(tài)模式；

2)然后，在上層控制器中，實(shí)現(xiàn)模式切換層選擇的該種控制模式下的最優(yōu)控制策略；

3)最后，在下層控制器中，通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門與主動(dòng)制動(dòng)壓力來實(shí)現(xiàn)上層控制器輸出的期望加速度大小。

按上述方案，在兩種控制模式進(jìn)行切換的過程中，為了保證車輛加速度輸出的連續(xù)性，在輸出期望加速度之前，對(duì)期望加速度采取加權(quán)平均進(jìn)行連續(xù)性處理，具體為：

a_{w_des}＝w₁·a_{w_last}+w₂·a_{w_next}