[發(fā)明專利]一種基于滾動優(yōu)化參數(shù)的TTC的車輛安全防撞控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910680305.4
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110435647B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭烈;孫大川;岳明;陳俊杰;趙一兵;李琳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B60W30/09
• 分類號: B60W30/09;B60W30/095;B60W40/105;B60W40/107;B60W50/00;B60W50/14;B60T7/12;G06F17/11
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種基于滾動優(yōu)化參數(shù)的TTC的車輛安全防撞控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、建立二階TTC碰撞模型

車輛安全防撞時間模型的指標(biāo)為碰撞點(diǎn)時間，簡稱TTC；TTC最初的定義是兩車保持當(dāng)前車速行駛直到發(fā)生碰撞所需的時間，用于判斷危險(xiǎn)碰撞的依據(jù)，其計(jì)算公式為：

式中，Δx為控制車與目標(biāo)車之間的相對距離，v_rel為控制車與目標(biāo)車之間的相對速度，為控制車與目標(biāo)車之間的相對加速度，上述參數(shù)均由車載傳感器檢測得到；

B、建立狀態(tài)空間模型

對控制車和目標(biāo)車的縱向相對距離的識別是安全防撞系統(tǒng)的重要因素之一，兩車之間的位置關(guān)系式如下：

Δx(k)＝x_o(k)-x_c(k) (2)

式中，Δx(k)為兩車實(shí)際位置距離，x_o(k)為第k時刻目標(biāo)車位置，x_c(k)為第k時刻控制車位置；

根據(jù)離散微分原理得到控制車加速度a_c(k)如下：

式中，v_c(k)是第k時刻控制車的速度，v_c(k-1)為第k-1時刻控制車的速度；T為安全防撞系統(tǒng)的采樣時間，；

設(shè)實(shí)際的控制車加速度和期望的控制車加速度滿足如下關(guān)系式：

式中，τ為安全防撞系統(tǒng)的控制時間系數(shù)，u(k)為第k時刻的期望加速度；整理得到如下的離散運(yùn)動學(xué)方程：

v_rel(k+1)＝v_rel(k)+a_o(k)·T-a_c(k)·T (6)

v_c(k+1)＝v_c(k)+a_c(k)·T (7)

將目標(biāo)車加速度作為狀態(tài)空間模型的擾動量，通過對控制車的加速度的控制作為提高狀態(tài)空間模型的魯棒性和控制精度，選取兩車間距Δx、控制車速度v_c(k)、兩車間相對速度v_rel(k)和控制車加速度a_c(k)作為狀態(tài)量；

根據(jù)式(5)-(8)得：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Gλ(k) (9)

其中：

x(k)＝[Δx(k),v_c(k),v_rel(k),a_c(k)]^T

選取兩車間距、控制車速度、兩車間相對速度和控制車加速度作為優(yōu)化性能指標(biāo)，狀態(tài)空間模型的輸出方程為：

y(k)＝Cx(k) (10)

其中：

y(k)＝[Δx(k),v_c(k),v_rel(k),a_c(k)]^T

根據(jù)式(9)、(10)得到狀態(tài)空間模型如下：

C、滾動優(yōu)化計(jì)算

滾動優(yōu)化計(jì)算主要包括三個特征：預(yù)測模型、滾動優(yōu)化、反饋校正；設(shè)當(dāng)前時刻為k，控制過程中，始終存在一條期望參考軌跡，以時刻k作為當(dāng)前時刻，結(jié)合當(dāng)前的測量值和預(yù)測模型，通過求解滿足目標(biāo)函數(shù)和約束優(yōu)化的問題，得到在控制時域[k,k+p]內(nèi)一系列的控制序列，并將控制序列的第一個元素作為受控對象的實(shí)際控制量，進(jìn)行到下一時刻k+1時刻，重復(fù)上述過程，進(jìn)行滾動優(yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對被控制對象的持續(xù)控制，具體步驟如下：

由狀態(tài)空間模型對預(yù)測時域內(nèi)的狀態(tài)量進(jìn)行預(yù)測得：

其中：

預(yù)測矩陣如下所示：

定義期望輸出為：

為了使可優(yōu)化性能指標(biāo)逼近期望數(shù)值，考慮如下優(yōu)化問題：

式中，J為目標(biāo)函數(shù)表示符號，p為控制時域，Γ_y為權(quán)重系數(shù)，對角矩陣；

上述優(yōu)化問題必須考慮物理?xiàng)l件的限制，因此需要對可優(yōu)化的性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)值的約束，分別對性能優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行約束：兩車間距保持在安全碰撞距離外，控制車速保持在最值之間，兩車相對速度保持在最值之間以及控制車加速度保持在最值之間；

因此整個滾動優(yōu)化計(jì)算考慮的優(yōu)化問題和約束條件為：

Δx(k)≥d_s

v_cmin≤v_c(k)≤v_cmax

v_relmin≤v_rel(k)≤v_relmax

a_cmin≤a_c(k)≤a_cmax

式中，d_s為安全碰撞距離；v_cmin和v_cmax分別為控制車速度的最小值和最大值；v_relmin和v_relmax分別為兩車間相對速度的最小值和最大值；a_cmin和a_cmax分別為控制車加速度的最小值和最大值；

將滾動優(yōu)化計(jì)算出的兩車間距Δx、控制車速度v_c、兩車間相對速度v_rel和控制車加速度a_c輸入到式(1)所示的二階TTC安全防撞時間模型中計(jì)算得到碰撞時間TTC，并與預(yù)先設(shè)定好的時間閾值進(jìn)行比較；根據(jù)營運(yùn)車輛AEBs測試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)計(jì)算值大于閾值4.4s時，控制車正常行駛，不發(fā)出碰撞預(yù)警；當(dāng)計(jì)算值介于1.4s-4.4s時，控制車發(fā)出碰撞預(yù)警；當(dāng)計(jì)算值小于閾值1.4s時，控制車制動機(jī)構(gòu)自動接收減速或制動指令進(jìn)行車輛的減速或制動行為，防止車輛發(fā)生碰撞。