[發明專利]一種基于模型預測控制的自適應巡航控制算法

在審

• 申請號: 202210494715.1
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114889599A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 羅馬思陽;郭健;張明甲
• 申請（專利權）人: 廣西睛智汽車技術有限公司
• 主分類號: B60W30/16
• 分類號: B60W30/16;B60W50/00
• 代理公司: 北京沁優知識產權代理有限公司 11684
• 代理人: 方仕杰

本發明公開了一種基于模型預測控制的自適應巡航控制算法，包括步驟S1，本車上的傳感器實時采集本車速度、本車加速度、前后行駛的兩車之間的相對距離以及兩車之間的相對速度，并計算得到本車加速度變化率和前車加速度擾動量；步驟S2，根據第一預測數組和前車加速度擾動量建立預測模型，將第一控制數組輸入預測模型，輸出下一時刻的預測輸出量；步驟S3，將第二控制數組作為預測模型的輸入，使得預測模型輸出下一時刻的參考軌跡量，并建立目標函數；步驟S4，狀態差距值最小；步驟S5，下層控制器對本車的跟車行駛狀態進行調整。本發明提升了跟車行駛過程中的舒適性、安全性和跟隨性。

技術領域

本發明涉及智能巡航控制技術領域，尤其涉及一種基于模型預測控制的自適應巡航控制算法。

背景技術

高級駕駛輔助系統(ADAS)是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內外的環境數據，進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術。

自適應巡航控制系統(ACC)是高級駕駛輔助系統中的重要組成之一。自適應巡航控制系統目前具有廣闊的市場應用場景，并已經實現在實車上應用。自適應巡航系統主要分為高速狀態下跟隨(ICA)和低速狀態下跟隨(TJA)兩種場景。

自適應巡航控制系統的控制方式一般采用分層控制，上層控制器根據車輛運動的當前狀態計算車輛的預期縱向加速度，下層控制器通過得到的預期縱向加速度，控制節氣門開度或制動器的制動壓力。在車輛跟隨過程中，自適應巡航控制車輛與前車保持安全、合適車輛間距是保證自適應巡航控制車輛安全性的基礎，目前常見的車輛間距算法包括利用模糊分析法建立間距算法，考慮道路附著系數的安全距離模型，針對不同車速建立不同的安全距離模型方法等。但是現有車輛間距控制算法不足之處在于算法重心放在提高車輛安全性和車輛對道路的利用效率，忽略了乘車舒適性。極少數的考慮乘坐舒適性的間距算法，卻存在制動或者加速過程過硬、跟車距離過近或者過慢的問題。

基于車輛狀態的控制算法數量繁多，包括經典的PID控制算法、模糊PID算法、模型預測控制算法和線性二次型最優控制算法等。基于傳統的PID控制算法需要根據研發人員的經驗對PID參數進行調整，但是車輛在在復雜多變的道路環境下的跟車行駛過程中，如果只以人的經驗調整PID參數，將無法保證車輛跟車狀態控制算法的精度，進而無法保證車輛在跟車行駛過程中的舒適性、安全性和跟隨性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于模型預測控制的自適應巡航控制算法，用于提升車輛跟車行駛過程中的舒適性、安全性和跟隨性。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種基于模型預測控制的自適應巡航控制算法，應用于上層控制器，所述上層控制器連接一下層控制器，所述自適應巡航控制算法包括：

步驟S1，本車上的傳感器實時采集本車速度、本車加速度、前后行駛的兩車之間的相對距離以及所述兩車之間的相對速度，并根據所述本車加速度計算得到本車加速度變化率，以及根據所述相對速度計算得到前車加速度擾動量；

步驟S2，將所述本車速度、所述本車加速度、所述相對速度、所述相對距離和所述本車加速度變化率作為第一控制數組，并根據所述第一控制數組和所述前車加速度擾動量建立一預測模型，將所述第一控制數組作為所述預測模型的輸入，使得所述預測模型輸出下一時刻的預測輸出量；

步驟S3，按照預設的參數約束條件對所述第一控制數組進行約束，得到第二控制數組，將所述第二控制數組作為所述預測模型的輸入，使得所述預測模型輸出下一時刻的參考軌跡量，并將所述參考軌跡量、所述預測輸出量和所述第一控制數組輸入預設的一目標函數中，使得所述目標函數輸出一狀態差距值，所述狀態差距值用于表明兩車之間的運動狀態差距；

步驟S4，根據所述目標函數與所述預測模型的轉換關系對所述目標函數進行化簡處理，并在所述狀態差距值最小時輸出相對應的預測模型；