[發(fā)明專利]一種車輛定速巡航系統(tǒng)加速度約束控制算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010119081.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN111231956B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何友國(guó);劉鑫;袁朝春;蔡英鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/14
• 分類號(hào): B60W30/14;B60W40/107
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本發(fā)明公開了一種車輛定速巡航系統(tǒng)加速度約束控制算法，從車輛燃油消耗量以及乘客乘坐舒適性出發(fā)，對(duì)定速巡航的車輛在速度切換過(guò)程中的加速度進(jìn)行約束。本發(fā)明將非對(duì)稱障礙李雅普諾夫函數(shù)引入到定速巡航速度—加速度控制器的設(shè)計(jì)中來(lái)，控制器通過(guò)控制車輪轉(zhuǎn)矩，解決了在定速巡航速度切換時(shí)加速度過(guò)大的問(wèn)題，所提出的算法能夠保證加速度始終工作在舒適度區(qū)域內(nèi)，在不違反約束條件下，汽車的燃油消耗量也有較好的改善。在此過(guò)程中，制動(dòng)力矩和車輪轉(zhuǎn)速未發(fā)生抖動(dòng)，進(jìn)一步提高了車輛的舒適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能汽車輔助駕駛，本控制算法從車輛燃油消耗量以及乘客乘坐舒適性出發(fā)，對(duì)定速巡航的車輛在速度切換過(guò)程中的加速度進(jìn)行約束。

背景技術(shù)

定速巡航系統(tǒng)是汽車自適應(yīng)巡航控制策略其中之一，是主車以ACC系統(tǒng)設(shè)定的車速為目標(biāo)車速，達(dá)到設(shè)定車速后迅速行駛，其對(duì)汽車縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。如果主車前方?jīng)]有車輛或與前方目標(biāo)車輛距離很遠(yuǎn)且速度很快時(shí)，控制模式選擇模塊就會(huì)激活巡航模式控制模塊，ACC系統(tǒng)將根據(jù)駕駛員設(shè)定的車速和輪速傳感器采集的本車速度自動(dòng)調(diào)節(jié)加速踏板等，使得主車達(dá)到設(shè)定的車速并巡航行駛。隨著當(dāng)代控制理論不斷的發(fā)展和完善，現(xiàn)有文獻(xiàn)已提出若干ACC系統(tǒng)控制算法，如PID控制、模糊控制、模型預(yù)測(cè)控制等算法。但現(xiàn)有文獻(xiàn)的ACC系統(tǒng)的控制算法在控制車輛縱向速度變化時(shí)，主要是根據(jù)汽車行駛安全性的情況下來(lái)計(jì)算期望的加速度，這樣會(huì)使加速度的值增大，這樣忽略了車輛在巡航過(guò)程中的舒適性，汽車在行駛過(guò)程中，汽車加速度越小，越容易保證穩(wěn)定的狀態(tài)，汽車越容易制動(dòng)，并且汽車加速度的絕對(duì)值越小，汽車的平穩(wěn)性越高，汽車的乘坐舒適性越高。另外在加速時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于瞬態(tài)工況，在發(fā)動(dòng)機(jī)急加速時(shí)，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能順暢的工作，需要多噴一些油，避免混合汽過(guò)稀，因此加速度的大小對(duì)燃油消耗量有很大的影響。文獻(xiàn)“車輛自適應(yīng)巡航控制的BackStepping方法研究與仿真”應(yīng)用反步設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)巡航非線性控制器，但未對(duì)車輛在縱向速度變化時(shí)的加速度進(jìn)行約束。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，為了能夠?qū)崿F(xiàn)車輛在定速巡航下對(duì)于加速度的約束，基于車輛縱向加速度模型，本發(fā)明提出了一種車輛定速巡航系統(tǒng)加速度約束控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛在巡航速度切換的過(guò)程中保持良好的舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明基于簡(jiǎn)化的車輛輪胎模型和車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型建立了速度—加速度模型，反映了在速度切換過(guò)程中速度、車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度、加速度的變化規(guī)律。本發(fā)明采用非對(duì)稱障礙李雅普諾夫函數(shù)解決車輛在加速或減速過(guò)程中加速度約束問(wèn)題，所設(shè)計(jì)的算法能夠保證加速度始終在舒適度較好的范圍區(qū)域，在此過(guò)程中，制動(dòng)力矩和車輪轉(zhuǎn)速未發(fā)生抖動(dòng)，進(jìn)一步提高了車輛的舒適性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種車輛定速巡航系統(tǒng)加速度約束控制算法由定速巡航系統(tǒng)建模和加速度約束控制算法組成。定速巡航系統(tǒng)建模負(fù)責(zé)在輪胎動(dòng)力學(xué)模型和車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立車輛縱向速度—加速度模型，反應(yīng)速度和加速度的變化情況。加速度約束控制算法負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)障礙李雅普諾夫函數(shù)和約束控制器，對(duì)加速度進(jìn)行約束。

本發(fā)明所述定速巡航系統(tǒng)建模如下：

假設(shè)：車輛在平直、干燥的路面行駛，研究的車輛為前驅(qū)車。

建立車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型如下：

ma＝F_xf-F_aero-fmg (1)

其中，m為汽車質(zhì)量，F(xiàn)_xf是車輛所受驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)_aero是車輛所受空氣阻力，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，g為重力加速度。

滑移率定義如下：

其中，v_x為車輛縱向速度，r為車輪有效半徑，ω_f為車輪滾動(dòng)角速度。由假設(shè)可知，滑移率λ_i一般在(-0.1～0.1)之間，此時(shí)，F(xiàn)_xf與λ_i滿足下列關(guān)系，