CN104097640B - 自动行驶控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动行驶控制系统，其包括：道路曲率算出部，其从导航仪接收前方道路的形状信息，算出前方道路的曲率；合理速度算出部，其根据所述道路曲率算出部算出的道路曲率算出合理速度，并选定速度控制地点；以及目标加速度算出部，其根据所述合理速度算出部利用接收到的信息算出的合理速度及控制地点与车辆的当前速度算出目标加速度。因此，能够在纵向自主行驶的过程中通过导航仪获取前方道路的形状信息，算出安全和平稳地经过曲线道路所需的合理速度，并自动把车速控制成合理速度。

Description

自动行驶控制系统

技术领域

本发明涉及一种自动行驶控制系统，尤其涉及在纵向自主行驶的过程中通过导航仪获取前方道路的形状信息，算出安全和平稳地经过曲线道路所需的合理速度，并自动把车速控制成合理速度的自动行驶控制系统。

背景技术

目前，市场上越来越需要通过自动控制车辆行驶、为驾驶员提供方便的产品。因此，都在积极开发巡航控制系统(SCC System,Smart Cruise Control System)。例如，确保车辆保持预定的设定速度的巡航控制(Cruise Control)产品，以及具有巡航控制功能和雷达，确保与前方行驶车辆保持合理车距的自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control)产品，这些产品在日益普及。

并且，关于自动行驶控制系统的开发也很普遍，其目的为在曲线道路上根据道路信息控制速度，提供自动减速功能。

但是，现有的曲线道路速度控制方法大部分都是利用前方道路中需要最大减速的地点的曲率来控制速度，因此从乘车舒适角度来讲无法达到平稳的控制效果，并且可能出现控制不连续的情况。另外，为了解决这种问题，或者为了应对连续弯路或综合曲线道路，可能会出现过度地执行减速控制的情况。

并且对于大部分现有技术而言，普遍利用减速所需的等加速度，而这不同于物理或现实中的实际控制，因此对乘车舒适度、控制精确度、控制稳定性造成不利影响。

而对于一些现有技术而言，由于减速控制时间点不明确，因此可能出现对前方曲线道路过度执行减速控制或控制欠缺的情况，在考虑车辆加速度方面，大部分技术都没有充分考虑如何平稳地控制速度，致使乘车舒适度下降，具有无法确保合理速度的可能性。

发明内容

技术问题

为解决上述的问题，本发明的目的为提供一种在纵向自主行驶的过程中通过导航仪获取前方道路的形状信息，算出安全和平稳地经过曲线道路所需的合理速度，并自动把车速控制成合理速度的自动行驶控制系统。

技术方案

为了达成所述目的，本发明提供一种自动行驶控制系统，其包括：道路曲率算出部，其从导航仪接收前方道路的形状信息，算出前方道路的曲率；合理速度算出部，其根据所述道路曲率算出部算出的道路曲率算出合理速度，并选定速度控制地点；以及目标加速度算出部，其根据合理速度及控制地点和车辆的当前速度算出目标加速度，其中所述合理速度及控制地点是利用所述合理速度算出部的信息算出的。

所述道路曲率算出部可以从所述导航仪接收以间隔预定距离的坐标点表示的前方道路的形状信息，用通过三个有效的道路坐标点的外接圆的半径算出前方道路的曲率半径。

所述合理速度算出部根据所述道路曲率算出部算出的道路曲率与预先设定的合理横向加速度值，通过如下数学式可以算出合理速度，

其中，V是合理速度，A_y是合理横向加速度，r是曲率半径。

所述合理速度算出部针对算出的前方道路的合理速度，通过算出根据车辆当前速度的预定距离与减速至合理速度所需距离的合计值，算出区域外距离，若算出的区域外距离相当于预先设定的排除区域，则可以在速度控制时不考虑该合理速度。

所述合理速度算出部针对算出的前方道路的各合理速度，可以通过如下数学式算出各合理速度对应的区域外距离，

其中，Vmap是前方地点的合理速度，D(Vmap)是对应于各Vmap的区域外距离，D0是设定的常数距离，V(0)是当前车速，Th是时间间隔(time gap)，A是偏好减速度。

所述合理速度算出部可以针对根据算出的前方道路的各合理速度，算出在当前车速下移动到该坐标点所需的等减速度，将算出的所需等减速度中所需等减速度值最大的坐标点选定为第一控制地点。

所述合理速度算出部可以在算出的前方道路的各合理速度中选出与当前车速的速度差在预先设定的速度差之内的所有合理速度，并将合理速度最小的坐标点选定为第二控制地点。

所述目标加速度算出部从所述合理速度算出部接收关于有无控制地点的信息、离控制地点的距离、控制地点的合理速度，并根据当前车速与之前的目标加速度可以选定减速控制特性。

所述减速控制特性以预先设定的顺序可以选定目标加速度的最大允许加速度、目标加速度的最大变化率、速度比例控制增益的有限减速特性集合中的一个。

所述目标加速度算出部通过如下数学式算出目标加速度，

A_i=K_m(V_map-V(0))

其中，A_i是目标加速度，K_m是最终控制增益，V_map是道路的合理速度，V(0)是当前车速。

所述自动行驶控制系统还可以包括：最终目标加速度算出部，其根据所述目标加速度算出部算出的目标加速度和巡航控制系统算出的目标加速度算出最终目标加速度。

技术效果

根据本发明的自动行驶控制系统在纵向自主行驶的过程中通过导航仪获取前方道路的形状信息，算出安全和平稳地经过曲线道路所需的合理速度，从而能够自动把车速控制成合理速度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的自动行驶控制系统的整体结构图；

图2为说明算出前方道路曲率半径的方法的示意图；

图3为说明在前方道路的合理速度对应的区域中排除在控制对象范围之外的排除区域的图表；

图4为说明选定两个控制地点的方式的图表；

图5为显示目标加速度算出部算出目标加速度的过程的框图；

图6为显示图1所示自动行驶控制系统的工作方式的流程图。

附图标记说明

1: 自动行驶控制系统 10:导航仪

30:巡航控制系统 40:电子稳定控制装置

100:道路曲率算出部 200:合理速度算出部

300:目标加速度算出部 400:最终目标加速度算出部

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。首先，需要注意的是，在对各图的构成要素赋予参照符号方面，对于相同的构成要素，即使在不同的附图上显示，也尽可能赋予相同的符号。另外，以下将说明本发明的优选实施例，但本发明的技术思想并不限定或限制于此，所属技术区域的技术人员可多样地变形实施，这是不言而喻的。

图1为本发明一个实施例的自动行驶控制系统的整体结构图，图2为说明算出前方道路曲率半径的方法的示意图，图3为说明在前方道路的合理速度中排除在控制对象范围之外的排除区域的图表，图4为说明选定两个控制地点的方式的图表，图5为显示目标加速度算出部算出目标加速度的过程的框图，图6为显示图1所示自动行驶控制系统的工作方式的流程图。

如以上附图所示，本发明一个实施例的自动行驶控制系统1包括道路曲率算出部100，其从导航仪10接收前方道路的形状信息，算出前方道路的曲率；合理速度算出部200，其根据道路曲率算出部100算出的道路曲率算出合理速度，并选定速度控制地点；目标加速度算出部300，其根据合理速度算出部利用接收到的信息算出的合理速度及车辆的当前速度算出目标加速度。

道路曲率算出部100从导航仪10接收以间隔预定距离的坐标点表示的前方道路的形状信息，用通过三个有效的道路坐标点的外接圆的半径算出前方道路的曲率半径。

由于从导航仪10接收以坐标点表示的前方道路的形状信息，因此接收到的道路坐标点的个数与车辆间通讯状态有关，并且可通过多次通信分开接收。

如图2所示，当为了算出曲率半径半径而接收到至少三个以上的坐标点P时开始计算曲率。前方道路的曲率主要使用经过三点（P_n,P_n+1,P_n+2）的外接圆的半径。但是根据情况，也可以通过内接圆或坐标点之间的距离变化与方向角变化、以及利用样条(spline)等插值线的方法算出曲率。

合理速度算出部200接收道路曲率算出部100算出的前方道路的曲率信息，根据离心力公式算出合理速度并选定减速控制地点。

合理速度算出部200根据道路曲率算出部100算出的道路曲率与预先设定的合理横向加速度值，通过如下数学式算出合理速度。

【数学式1】

其中,V是合理速度，A_y是合理横向加速度，r是曲率半径。

合理横向加速度是车辆在曲线道路行驶时能够确保车辆安全地经过，并且能够使驾驶员感到平稳的值，是根据道路的摩擦系数等预先选定的值。并且，合理速度也可以根据利用这种公式等预先制成的曲率半径-合理速度表格，算出前方道路曲率所对应的合理速度。例如，该曲率是1÷曲率半径。

然后，合理速度算出部200在上述过程算出的前方道路的合理速度中，指定为了执行减速控制而需要考虑的合理速度。

指定合理速度的方式如下：根据算出的合理速度算出车辆当前速度下的预定距离与减速至合理速度所需距离的合计值，以算出区域外距离，若算出的区域外距离相当于预先设定的排除区域，则在速度控制时不考虑该合理速度。即，预先将减速控制所需的距离大的区域指定为排除区域，并为了减速控制而在其区域之外的区域选定两个控制地点，从而能够在选定曲线道路控制地点时最小化不必要的演算，能够对应连续的道路曲线。

合理速度算出部200根据算出的前方道路的合理速度，通过如下数学式算出各合理速度对应的区域外距离。

【数学式2】

其中，Vmap是前方地点的合理速度，D(Vmap)是各Vmap对应的区域外距离，D0是设定的常数距离，V(0)是当前车速，Th是时间间隔(time gap)，A是偏好减速度。

如图3所示，合理速度算出部200预先根据与驾驶员特性及车速的比例关系确定排除区域(Out of Range),在算出的合理速度中排除区域外距离属于排除区域的情况B，以不属于排除区域的情况A的合理速度为对象考虑减速控制。

合理速度算出部200根据区域外距离不属于排除区域的合理速度算出当前车速下移动至该坐标点所需的等减速度，将算出的所需等减速度中所需等减速度值最大的坐标点选定为第一控制地点。

所需等减速度可通过如下数学式算出：

【数学式3】

其中，V(0)是当前车速，Vmap是考虑的前方地点的合理速度，d是考虑的离前方地点的距离，A是所需等减速度。

并且，由于最大所需等减速度地点不适合用于比例控制，因此将考虑到比例控制区间的控制地点选定为第二控制地点。如图4所示，最大所需等减速度地点是①号地点，而最大比例减速控制所需地点是②号地点。

因此，合理速度算出部200在算出的前方道路的各合理速度中选出与当前车速的速度差在预先设定的速度差之内的所有合理速度，并将合理速度最小的坐标点选定为第二控制地点。此时，预先设定的速度差可随当前车速与加速度而发生改变。

如图5所示，目标加速度算出部300根据合理速度及控制地点与车辆的当前速度算出目标加速度，其中，该合理速度及控制地点是通过利用合理速度算出部利用接收到的信息而算出的。

目标加速度算出部300从合理速度算出部接收关于有无控制地点的信息、离控制地点的距离、控制地点的合理速度，并根据当前车速与之前的目标加速度选定减速控制特性。

减速控制特性以预先设定的顺序选定目标加速度的最大允许加速度、目标加速度的最大变化率、速度比例控制增益的有限减速特性集合中的一个。

A_max={A_max(n)|A₁，A₂，A₃，...，A_N}

J_max={J_max(n)|J1，J₂，J₃，...，J_N上

K_m={K_m(n)|K_l，K₂，K₃，...，K_N}

v_margin={v_margin(n)|v₁，v₂，v₃，...，v_N}

其中，A_max是目标加速度的最大允许加速度，J_max是目标加速度的最大变化率(jerk)，Km是速度比例控制增益（控制的快慢），V_margin是合理速度与目标控制速度的差值，即余裕速度。

在本实施例中如上所述地多个不连续的行驶特性值的集合中选择适当的行驶特性执行控制。

例如，当根据第n个减速特性从当前车速V(0)减速至限制速度Vt时，所需的距离x(n)如下：

x(n)=x₁(n)+x₂(n)+x₃(n)

v_map=v_t-v_margin(n)

其中，x(n)是在当前车速下根据第n个减速特性执行减速控制时，减速至限制速度Vt所需的距离。其中，x1是减速度增加区间的距离，x2是正减速区间的距离，x3是速度比例控制区间的距离。

如上所述，在本实施例中能够同时考虑加速度限制、加速度变化率限制、反馈控制(feedback control)的影响，算出精确的减速控制距离。并且，通过使要降低达到的合理速度与控制目标速度互不不同，能够在执行反馈比例控制的同时使得在有限的时间内降到合理速度以下。

此外，目标加速度算出部300比较到合理速度地点所剩余的距离与减速所需距离，若剩余距离更小，则在上述的减少特性中选定如下减速特性（第n+1个）算出减速所需距离。

当已经没有可选定的减速特性时向驾驶员发送警报信号，并选定最后一个减速特性。若剩余距离更大，则选定当前的减速特性号码n，并判断是否开始曲线道路速度控制。

若在之前的控制周期内未计算有效的曲线道路速度控制目标加速度，并且选定的减速特性号码是根据驾驶员特性或/和设置而预先设定的水平以下，则不开始通过从导航仪10接收信息而执行的关联控制。此时，使得输出无效的导航仪10关联目标加速度。

若在之前周期计算过有效的导航仪10关联目标加速度，或者选定的减速特性大于预定水平，则根据相应减速特性算出导航仪10关联目标减速度。此时若减速特性大于预定水平，则如上所述向驾驶员发出警报信号。

具体来讲，目标加速度算出部300通过如下数学式算出目标加速度。

【数学式4】

A_i=K_m(V_map-V(0))

其中，Ai是目标加速度，Km是最终控制增益，Vmap是道路的合理速度，V(0)是当前车速。

目标加速度Ai通过一般的速度比例控制方法计算得出，其绝对值受允许最大加速度Amax的限制，其变化率受允许最大加速度变化率Jmax的限制。

另外，本实施例的自动行驶控制系统1还包括最终目标加速度算出部400、300，所述最终目标加速度算出部400、300根据目标加速度算出部300算出的目标加速度和巡航控制系统30(SCC System,Smart Cruise Control System)算出的目标加速度来算出最终目标加速度。

例如，最终目标加速度算出部400、300可选定目标加速度算出部300算出的目标加速度与巡航控制系统算出的目标加速度中的最小值，以作为最终目标加速度。最终目标加速度算出部400、300算出的最终目标加速度传送到电子稳定控制装置40(ESC,ElectronicStability Control)。电子稳定控制装置40驱动发动机与电子制动装置，使得追踪从自动行驶控制系统1接收到的目标加速度。

具有这种结构的自动行驶控制系统1具有如下功能。

本实施例的自动行驶控制系统1与现有的巡航控制系统30(SCC)并列构成，与巡航控制系统30独立发挥作用。

如图6所示，首先在步骤S10中，在系统开始工作之前判断车辆状态是否正常，是否接收到有效的道路形状信息，以确定是否运行自动行驶控制系统1。

若接收到有效的道路形状信息，则在步骤S100中道路曲率算出部100根据道路形状信息算出前方道路的曲率。

然后在步骤S200中，合理速度算出部200利用前方道路的曲率算出曲线道路上各地点的合理速度，并在算出的前方合理速度中选定不受复杂道路形状的影响，能够向驾驶员提供舒适安全的速度控制功能的控制地点。

在步骤S300中，目标加速度算出部300为了追踪算出的合理速度而计算必要的目标加速度。此时根据行驶状况从预先设定的偏好减速特性中选定适当的控制特性，以执行适应性控制。并且，计算通过所要使用的控制特性减速至新的限制速度所需的距离，与余裕距离(Margin Distance)相加得到曲线道路速度控制开始距离，比较得到的所述距离与至前方合理速度地点的剩余距离，发送信号使得开始控制。通过以上过程，能够最小化曲线道路速度控制引起的过度减速或减速不充分的问题。

在步骤S400中，最终目标加速度算出部400、300适当地混合或/和选择目标加速度算出部300算出的导航仪10关联目标加速度与现有巡航控制系统30(SCC)的目标加速度，将受控车辆的最终目标加速度发送给电子稳定控制装置40(ESC)。

电子稳定控制装置40驱动发动机与电子制动装置，使得追踪从自动行驶控制系统1接收到的目标加速度。

如上所述，根据本发明的自动行驶控制系统1，能够在纵向自主行驶的过程中通过导航仪获取前方道路的形状信息，算出安全和平稳地经过曲线道路所需的合理速度，并自动把车速控制成合理速度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种自动行驶控制系统，其特征在于，包括：

道路曲率算出部，其从导航仪接收前方道路的形状信息，算出前方道路的曲率；

合理速度算出部，其根据所述道路曲率算出部算出的道路曲率算出合理速度，并选定速度控制地点，其中所述控制地点包括第一控制地点和第二控制地点；以及

目标加速度算出部，其根据合理速度及控制地点和车辆的当前速度算出目标加速度，其中所述合理速度及控制地点是利用所述合理速度算出部的信息算出的；

其中所述合理速度算出部针对算出的前方道路的合理速度，通过算出根据车辆当前速度的预定距离与减速至合理速度所需距离的合计值，算出区域外距离，若算出的区域外距离相当于预先设定的排除区域，则在速度控制时不考虑该合理速度。

2.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述道路曲率算出部从所述导航仪接收以间隔预定距离的坐标点表示的前方道路的形状信息，用通过三个有效的道路坐标点的外接圆的半径算出前方道路的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述合理速度算出部根据所述道路曲率算出部算出的道路曲率与预先设定的合理横向加速度值，通过如下数学式算出合理速度，

$V=\sqrt{A_{y}r}$

其中，V是合理速度，A_y是合理横向加速度，r是曲率半径。

4.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述合理速度算出部针对算出的前方道路的各合理速度，通过如下数学式算出各合理速度对应的区域外距离，

$D\left(V_{map}\right)=D_0+\left(V\right(0)*Th)+\left(\frac{V{\left(0\right)}^2-V_{map}^2}{2A}\right)$

其中，V_map是前方地点的合理速度，D(V_map)是对应于各V_map的区域外距离，D0是设定的常数距离，V(0)是当前车速，Th是时间间隔，A是偏好减速度。

5.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述合理速度算出部针对算出的前方道路的各合理速度，算出在当前车速下移动到各合理速度对应的坐标点所需的等减速度，将算出的所需等减速度中所需等减速度值最大的坐标点选定为第一控制地点。

6.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述合理速度算出部在算出的前方道路的各合理速度中选出与当前车速的速度差在预先设定的速度差之内的所有合理速度，并将合理速度最小的坐标点选定为第二控制地点。

7.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述目标加速度算出部从所述合理速度算出部接收关于有无控制地点的信息、离控制地点的距离、控制地点的合理速度，并根据当前车速与之前的目标加速度选定减速控制特性。

8.根据权利要求7所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述减速控制特性以预先设定的顺序选定目标加速度的最大允许加速度、目标加速度的最大变化率、速度比例控制增益的有限减速特性集合中的一个。

9.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于：

所述目标加速度算出部通过如下数学式算出目标加速度，

A_i＝K_m(V_map-V(0))

其中，A_i是目标加速度，K_m是最终控制增益，V_map是道路的合理速度，V(0)是当前车速。

10.根据权利要求1所述的自动行驶控制系统，其特征在于，还包括：

最终目标加速度算出部，其根据所述目标加速度算出部算出的目标加速度和巡航控制系统算出的目标加速度算出最终目标加速度。