一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法，包括如下步骤：1)基于摄像头采集的车辆自然驾驶数据对数据进行初步的筛选处理；2)根据筛选处理后的数据，对数据进行曲线拟合，得到速度

【技术实现步骤摘要】
一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法


[0001]本专利技术涉及一种汽车自适应巡航控制的方法，尤其涉及一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法。

技术介绍

[0002]汽车自适应巡航系统的功能是车辆自动控制加减速，实现汽车自动跟车和定速巡航，进而减轻驾驶员的驾驶工作量；另外通过自适应巡航系统可以有效的减小驾驶员操作失误所引发的交通事故以及带来的交通拥堵问题，从而提高车辆的安全性和道路的通行率。自适应巡航系统的核心是控制算法，随着电子技术和通讯技术的发展，自适应巡航系统已由传统的仅考虑安全距离的比例
‑
积分
‑
微分(PID)等算法，发展到当下考虑自适应巡航系统多目标优化的模型预测算法(MPC)。模型预测控制算法可以在保证车辆安全性的前提下，同时兼顾车辆的燃油经济性和舒适性等性能。尽管模型预测算法相比于其他的控制算法在舒适性上有一定的提高，但该算法对加速度的约束都是采用固定加速度上下界极值的方式。在实际驾驶过程中如果车辆加速度极值在不同车速下是不同的，但自适应巡航系统依旧采取固定上下界极限值约束的形式，会使自适应巡航系统在追求安全性和速度跟随性时加速度变化过大，并且会伴有较大的冲击，影响车辆的驾乘舒适性，这显然不符合正常的人类驾驶行为。根据美国联邦高速公路局的调查结果来看，自适应巡航系统的乘坐舒适性是影响该系统安装和使用的主要原因。因此一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法，是解决当前自适应巡航系统安装和使用的关键。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种依据自然驾驶数据得到模型预测控制(MPC)加速度约束目标的自适应巡航系统控制方法，该方法能够在保证安全性的前提下，有效提高车辆的驾乘舒适性。
[0004]针对传统基于MPC方法进行自适应巡航系统控制时对加速度约束只是简单采用固定加速度上下界极值的方式，从而导致自适应巡航系统在追求安全性和速度跟随性时加速度变化过大，并且会伴有较大的冲击，影响车辆的驾乘舒适性的问题，本专利技术采取的技术方案为：利用NGSIM自然驾驶数据集得到车辆的速度
‑
加速度关系，并以此作为加速度的约束目标，将常规模型预测控制的定约束改为跟随速度变化的变约束，以达到根据自然驾驶数据进行拟人驾驶从而提高跟车舒适性的目的，其特征在于：包括如下步骤：
[0005]1)为了更好的提高自适应巡航系统的驾乘舒适性，使其跟车驾驶行为跟接近于人类驾驶。本专利技术提出一种依据自然驾驶数据得到模型预测控制加速度约束目标的自适应巡航系统控制方法。首先通过架设在道路旁建筑物高处的摄像头对车辆自然驾驶信息进行采集，并将采集到的数据进行初步处理。处理的内容主要包括：
①
考虑自适应巡航系统主要使用对象为轿车，而轿车的车身长度大多在[4，6]米的范围，为此剔除数据集中车身长度不在[4，6]米范围内的数据；
②
考虑车辆加减速性能和人类身体的承受能力，去除加速度不在[
‑
5，4]m/s^2范围内的异常数据，以确保数据的适用性和准确性。附图1为初步处理后得到的数据。
[0006]2)对第1步中处理后的数据进行数据拟合，从附图1可以看出，加速度的极值范围是随速度变化的，并且在一些特定的速度点加速度的变化趋势明显出现了拐点。以这些拐点作为拟合曲线拟合区间范围的界限，同时考虑到驾乘舒适性的要求以及模型预测控制算法的特点，在拟合过程中不考虑过于离散的数据点并采取线性拟合方式，最终得到速度
‑
加速度的极值范围曲线。具体结果如附图2所示，拟合曲线由上限的4段曲线和下限的4段曲线组成。
[0007]3)根据车间纵向动力学关系以及固定车间时距的模型，建立基于模型预测控制的自适应巡航系统的动力学模型。其中：
[0008]固定车间时距模型：d
des
＝t
h
v
ego
+d0ꢀꢀꢀ
4(1)
[0009]式中：d
des
‑
期望车间距离(m)，t
h
—固定车间时距(s)，v
ego
‑
自车速度(m/s)，d0‑
静止时车间距离(m)；
[0010]模型预测控制算法一般数学表达式：
[0011]x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Gd(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]y(k)＝Cx(k)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0013]式中：x(k)
‑
系统状态变量，u(k)
‑
系统输入量，d(k)
‑
外部(环境)干扰量，y(k)
‑
系统输出量。本专利技术中以车间距离误差Δd(k)、两车相对速度差Δv(k)、自车加速度a
ego
(k)作为系统的状态变量；以自车期望加速度a
des
输入控制量，以前车加速度a
lead
为系统干扰，建立基于模型预测控制自适应巡航控制模型，通过速度和加速度之间的关系，代入公式(2)和(3)可得到A、B、G、C系数矩阵。
[0014]假设模型预测控制的预测时域为p个步长，控制时域为m个步长，可以通过对式(2)和式(3)进行迭代运算处理，得到预测模型输出y和输入u之间的关系。
[0015]4)得到自适应巡航系统预测模型的输入输出关系后，将对其进行性能目标约束：
[0016][0017]式中：d(k)—两车车间间距，即车间间距要大于车间安全间距确保安全性；v(k)速度的变化要在规定的范围内。传统模型预测控制的加速度约束都是采用固定上下界的方法，由附图2所拟合的曲线可以看出加速度的极值是随速度变化的，采用固定上下界约束显然是不合理的。所以本专利技术方法用第2步中得到的速度
‑
加速度曲线替代常规方法中固定加速度上下界的约束，以此来提高自适应巡航系统的驾乘舒适性。并且通过Matlab软件仿真验证结果可知，这种加速度极值随速度变化的约束方式使自适应巡航系统性能表现更加趋向于人类驾驶，能有效提高了车辆的驾乘舒适性，降低冲击度。附图3所示为本专利技术方法与常规方法相比较的结果图。
附图说明
[0018]图1为数据初步处理筛选结果图
[0019]图2为数据速度
‑
加速度极值范围曲线拟合结果图
[0020]图3为本专利技术方法和常规方法加速结果对比图
[0021]图4为本专利技术原理示意图
具体实施方式
[0022]下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。
[0023]实施例：本专利技术提出一种依据自然驾驶数据得到模型预测控制(MPC)加速度约束目标的自适应巡航系统控制方法，该方法能够在保证安全性的前提下，有效提高车辆的驾乘舒适性。本专利技术方法的原理如图4所示，具体可分为4个步骤或者两部分(预处理部分+实时在线处理部分)。预处理部分包括两个步骤，分别为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高自适应巡航系统驾乘舒适性的控制方法，利用NGSIM自然驾驶数据集得到车辆的速度
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加速度关系，并以此作为加速度的约束目标，将常规模型预测控制的定约束改为跟随速度变化的变约束，以达到根据自然驾驶数据进行拟人驾驶从而提高跟车舒适性的目的，其特征在于：包括如下步骤：1)为了更好的提高自适应巡航系统的驾乘舒适性，使其跟车驾驶行为跟接近于人类驾驶。本发明提出一种依据自然驾驶数据得到模型预测控制加速度约束目标的自适应巡航系统控制方法。首先通过架设在道路旁建筑物高处的摄像头对车辆自然驾驶信息进行采集，并将采集到的数据进行初步处理。处理的内容主要包括：
①
考虑自适应巡航系统主要使用对象为轿车，而轿车的车身长度大多在[4，6]米的范围，为此剔除数据集中车身长度不在[4，6]米范围内的数据；
②
考虑车辆加减速性能和人类身体的承受能力，去除加速度不在[
‑
5，4]m/s^2范围内的异常数据，以确保数据的适用性和准确性。附图1为初步处理后得到的数据。2)对第1步中处理后的数据进行数据拟合，从附图1可以看出，加速度的极值范围是随速度变化的，并且在一些特定的速度点加速度的变化趋势明显出现了拐点。以这些拐点作为拟合曲线拟合区间范围的界限，同时考虑到驾乘舒适性的要求以及模型预测控制算法的特点，在拟合过程中不考虑过于离散的数据点并采取线性拟合方式，最终得到速度
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加速度的极值范围曲线。具体结果如附图2所示，拟合曲线由上限的4段曲线和下限的4段曲线组成。3)根据车间纵向动力学关系以及固定车间时距的模型，建立基于模型预测控制的自适应巡航系统的动力学模型。其中：固定车间时距模型：d
des
＝t
h
v
ego
+d0式中：d
des
‑
期望车间距离(m)，t
h
‑
固定车间时距(s)，v
ego

【专利技术属性】
技术研发人员：李文礼，钱洪，石晓辉，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：