CN103395419A - 基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法 - Google Patents

基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法，它包括车速检测装置用于检测被控车辆自身的绝对车速以及被控车辆与相邻前车之间的相对速度，其与基于安全间距策略的控制单元连接；行车间距检测装置，用于检测被控车辆与相邻前车之间的行车间距，行车间距检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；基于安全间距策略的控制单元，利用本发明公开的安全间距计算方法，计算被控车辆的期望加速度；车辆控制装置，根据被控车辆的期望加速度来控制前车与被控车辆之间安全的行车间距；解决了现有车辆队列控制技术主要以固定车头时距法为基础来控制车辆间的距离，存在不能保证交通流的稳定性，且道路交通流量也相对较低等问题。

Description

基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于车辆智能控制技术领域，尤其涉及一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法。
背景技术
近年来，随着我国汽车保有量和交通出行的迅速增长，交通拥堵、环境恶化和交通事故等问题也进一步加剧。为了实现交通流的改善，通过降低空气阻力来降低燃油消耗，使多个车辆以比较短的车间距离以一个队列进行队列行驶的技术被关注。车辆的队列行驶是指若干车辆组成的一列车队以较小的车间距离沿着相同的路径行驶，通过列队行驶的模式，可以实现车辆纵向运动的自动控制，减轻驾驶员工作强度，增强交通安全性和提高车辆的燃油经济性，并且提高道路交通流量。现有车辆队列控制方法主要以固定车头时距法为基础来控制车辆间的距离，然而该方法不能保证交通流的稳定性，且道路交通流量也相对较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题： 提供一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统及其控制方法，以解决现有技术车辆队列控制方法主要以固定车头时距法为基础来控制车辆间的距离，存在不能保证交通流的稳定性，且道路交通流量也相对较低等问题。
本发明技术方案：
一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统，它包括：
车速检测装置，用于检测被控车辆自身的绝对车速以及被控车辆与相邻前车之间的相对速度，车速检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；
行车间距检测装置，用于检测被控车辆与相邻前车之间的行车间距，行车间距检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；
基于安全间距策略的控制单元，根据测量信息及车辆信息计算被控车辆的期望加速度，与车辆控制装置连接；
车辆控制装置，根据被控车辆的期望加速度来控制被控车辆的期望速度进而控制被控车辆与前车之间安全的行车间距。
车速检测装置包括毫米波雷达和轮速传感器，其分别与基于安全间距策略的控制单元导线连接。
行车间距检测装置为毫米波雷达。
一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统的控制方法，它包括下述步骤：
步骤1、通过车速检测装置和行车间距检测装置，检测被测车辆的绝对速度、被测车辆与相邻前车之间的相对速度和被测车辆与相邻前车之间的行车间距；
步骤2、根据检测信息及车辆自身信息，由基于安全间距策略的控制单元通过公式（1）                                                
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE002
公式（2）
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE004
 和公式（3）
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE006
计算得出被控车辆的期望加速度，其中
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE008
 代表期望的第辆车期望的车间距离；:纵向控制系统的时间延迟；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE014
：是车辆在水平和干燥路面上的制动距离，；是第i辆车到基准线的距离；L: 为被控车辆车身长度加上被控车辆与相邻前车之间的间距 ；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE020
 :是安全系数；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE022
为第i辆车在最大制动动作时的减速度；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE024
；为被控车辆与相邻前方车辆之间的安全间距误差；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE028
是正的控制增益；
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE030
为被控车辆期望加速度；
步骤3、根据被控车辆的期望加速度控制制动装置或节气门，由期望加速度的大小进行制动控制或节气门控制，通过节气门开度大小和制动强度来实现对被控车辆的速度控制，从而实现被控车辆与相邻前车保持安全的车间距离。
本发明有益效果：
本发明通过车速检测装置和行车间距检测装置检测被控车辆与相邻前车之间的各种数据信息，通过基于安全间距策略的控制单元采用安全间距策略计算出被控车辆的期望加速度以控制被控车辆与相邻前车的行车间距和被控车辆的速度，该控制系统能够使队列车辆间距误差趋近零，以保证队列行驶的稳定性，最后该系统能够保证在车辆急刹车和急加速情况下的安全性，使列队车辆以安全的车间距离实现队列行驶，同时还可以保证车辆列队行驶过程中有较高的交通流量；解决了现有车辆队列控制技术主要以固定车头时距法为基础来控制车辆间的距离，存在不能保证交通流的稳定性，且道路交通流量也相对较低等问题。
附图说明：
图1为本发明车辆队列行驶示意图；
图2为本发明车载控制系统示意图；
图3为本发明车辆队列行驶控制示意图。
具体实施方式：
以下参考附图对本发明进行详细的说明。
图1所示的车辆队列行驶示意图是有若干车辆组成的一列车队以较小的车间距离沿着相同的路径行驶。示意图中
Figure DEST_PATH_IMAGE032
代表期望的第i辆车期望的车间距离；以队列车辆的最尾端作为基准线，是第i-1辆车到基准线的距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是第i辆车到基准线的距离；是第i+1辆车到基准线的距离。
图2所示的本发明控制系统示意图主要由以下部分组成：
车速检测装置，用于检测被控车辆自身的绝对车速以及被控车辆与相邻前车之间的相对速度，车速检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；
相邻前车与被控车辆的相对速度信号等相邻前车信息的测量采用车载毫米波雷达系统来完成。毫米波雷达抗干扰能力强，不受气候影响，正常温度在-25— +70度，在最大10mm/h的降雨环境或大雾天气下都能够正常工作。同时毫米波雷达测距测速功能强大，水平测量视角约10度，以外的物体就可以识别，其中可量化测试距离范围为7—150m，测距分辨率为1m，测量误差小于1m。测量相对速度范围为-50— +200km/h。对于被控车辆的绝对速度由ABS系统的轮速传感器也叫自车传感器来测量。
行车间距检测装置，用于检测被控车辆与相邻前车之间的行车间距，行车间距检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；相邻前车和被控车辆间的相对距离信号也是由毫米波雷达完成。
基于安全间距策略的控制单元，根据测量信息及车辆信息计算被控车辆的期望加速度；基于安全间距策略的控制单元是属于中央控制系统的一部分，其作为车辆信息处理单元，它将车速检测装置和车间距检测装置得到的被控车辆与前车的相对距离以及被控车辆绝对速度信息发送给基于安全间距控制策略的控制单元，由安全间距策略算法
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE002A
计算出被控车辆期望加速度 
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
。
车辆控制装置，根据被控车辆的期望加速度来控制被控车辆的期望速度进而控制被控车辆与前车之间安全的行车间距；被控车辆的基于安全间距策略的控制单元将计算出的期望加速度转变成机器指令发送给发动机节气门执行器和制动执行器，根据计算机指令来决定如何进行制动压力控制或节气门开度控制。通过节气门开度大小和制动压力控制大小来实现对被控制车辆速度的控制，从而保证被控车辆与前车保持安全的车间距离。
一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统的控制方法，它包括下述步骤：
步骤1、通过车速检测装置和行车间距检测装置，检测被测车辆的绝对速度、被测车辆与相邻前车之间的相对速度和被测车辆与相邻前车之间的行车间距；
步骤2、根据检测信息及车辆自身信息，由基于安全间距策略的控制单元通过公式（1） 
Figure 2013103704454100002DEST_PATH_IMAGE002AA
公式（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
 和公式（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
计算得出被控车辆的期望加速度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
 代表期望的第
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
辆车期望的车间距离；:纵向控制系统的时间延迟；
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
：是车辆在水平和干燥路面上的制动距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
；
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
是第i辆车到基准线的距离；L: 为被控车辆车身长度加上被控车辆与相邻前车之间的间距 ；
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
 :是安全系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
为第i辆车在最大制动动作时的减速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
；
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
为被控车辆与相邻前方车辆之间的安全间距误差；
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
是正的控制增益；为被控车辆的期望加速度；
步骤3、根据被控车辆的期望加速度控制车辆控制装置：制动装置或节气门。由期望加速度的大小进行制动控制或节气门控制，通过节气门开度大小和制动强度来实现对被控车辆的速度Vc的控制，从而实现被控车辆与相邻前车保持安全的车间距离。
图3为车辆队列行驶控制示意图，第i辆车经过车速检测装置和行车间距检测装置检测本车辆的相关信息，通过基于安全间距策略的控制单元经过安全间距策略SSP计算处理后，得出期望加速度，根据期望加速度的大小通过车辆控制装置来实现采取刹车控制还是节气门控制，最终实现被控车辆速度的控制，进而保证了该车与前车在一个安全的车间距离内。这个安全距离与我们期望的安全距离之间有一个间距误差
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
。同理，对于第i+1辆车和相邻前车实际的间距与我们期望的安全距离也有一个间距误差。依次类推，由理论分析，我们可知该误差是逐渐减小的，也就是满足车辆队列行驶的稳定性。
为了说明本发明的实现，描述了上述具体实例，应该明白本发明的其他变化和修改对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不局限于所描述的具体实施方式。因此本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何/所有修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (4)

1. 一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统，它包括：
车速检测装置，用于检测被控车辆自身的绝对车速以及被控车辆与相邻前车之间的相对速度，车速检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；
行车间距检测装置，用于检测被控车辆与相邻前车之间的行车间距，行车间距检测装置与基于安全间距策略的控制单元连接；
基于安全间距策略的控制单元，根据测量信息及车辆信息计算被控车辆的期望加速度，与车辆控制装置连接；
车辆控制装置，根据被控车辆的期望加速度来控制被控车辆的期望速度进而控制被控车辆与前车之间安全的行车间距。
2. 根据权利要求1所述的一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统，其特征在于：车速检测装置包括毫米波雷达和轮速传感器，其分别与基于安全间距策略的控制单元导线连接。
3. 根据权利要求1所述的一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统，其特征在于：行车间距检测装置为毫米波雷达。
4. 一种基于安全间距策略的车辆队列行驶控制系统的控制方法，它包括下述步骤：
步骤1、通过车速检测装置和行车间距检测装置，检测被测车辆的绝对速度、被测车辆与相邻前车之间的相对速度和被测车辆与相邻前车之间的行车间距；
步骤2、根据检测信息及车辆自身信息，由基于安全间距策略的控制单元通过公式（1）                                                
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE002
公式（2） 和公式（3）
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE006
计算得出被控车辆的期望加速度，其中
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE008
 代表期望的第
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE010
辆车期望的车间距离；
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE012
:纵向控制系统的时间延迟；
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE014
：是车辆在水平和干燥路面上的制动距离，
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE018
是第i辆车到基准线的距离；L: 为被控车辆车身长度加上被控车辆与相邻前车之间的间距 ；
Figure 2013103704454100001DEST_PATH_IMAGE020
 :是安全系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为第i辆车在最大制动动作时的减速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为被控车辆与相邻前方车辆之间的安全间距误差；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是正的控制增益；为被控车辆期望加速度；
步骤3、根据被控车辆的期望加速度控制制动装置或节气门，由期望加速度的大小进行制动控制或节气门控制，通过节气门开度大小和制动强度来实现对被控车辆的速度控制，从而实现被控车辆与相邻前车保持安全的车间距离。
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