CN104527644A - 一种自适应巡航系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆信息技术领域，特别涉及一种自适应巡航系统及方法，本系统包括自适应巡航模式选择单元、数据采集单元、ECU中央控制单元、执行单元；自适应巡航模式包括定速巡航模式和跟踪模式；通过车载毫米波雷达收集前方障碍物的数据，传送ECU中央控制单元，并能够自动对前方障碍物进行识别，采取不同措施，减少驾驶员的介入操作；采用ESP传感器用来采集各种信息，减少了添加不必要的硬件设备，节省了成本；跟踪模式中距离的设置考虑了室外雨雪天气对自车的影响，ECU自动调整跟踪距离，而且时间间隔采用一次线性函数，具有较快的响应速度，同时也兼顾了乘坐的舒适性，本发明能够有效减少驾驶员驾驶的疲劳感，同时提高驾驶的安全性。

Description

一种自适应巡航系统及方法
技术领域：
本发明涉及车辆信息技术领域，特别涉及一种自适应巡航系统及方法。
背景技术：
自适应巡航控制是一个允许车辆巡航控制系统通过调整速度以适应交通状况的汽车功能。与普通巡航系统不同，自适应巡航系统能自动锁定前车车速，随前车加速而加速，当然，前车减速也会随之减速。驾驶人员可以将脚从踏板上移开，只要关注于方向盘即可，能大幅降低长途驾驶所带来的疲劳。
为了改善驾驶员的舒适性，越来越多的汽车装备有巡航功能。普通巡航功能通过巡航速度的控制，有效的减少驾驶员在一定程度上的操作负担，同时也增加了行驶的安全性能。
目前自适应巡航具有定速巡航模式，用于控制汽车的定速行驶，汽车一旦被设定为巡航状态时，发动机的供油量便由电脑控制，电脑会根据道路状况和汽车的行驶阻力不断地调整供油量，使汽车始终保持在所设定的车速行驶，而无需操纵油门减轻了疲劳,同时减少了不必要的车速变化,可以节省燃料。一般情况下，当驾驶者踩下刹车踏板或离合器时定速巡航会被自动解除。
但是现有大部分巡航功能不能对前方障碍物的速度进行判定然后采取相应的措施，在前方出现障碍物时需要驾驶员不断的介入操作，较为繁琐。并且现有的巡航系统安全距离值没有考虑到外界条件变化对安全距离的影响，对不同的环境没有很好的适应性。同时由于巡航系统需要安装额外的传感器增加了成本。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能对前方障碍物速度进行判定，在雨雪天气延长安全距离的自适应巡航系统及方法。
本发明通过以下技术方案来实现：一种自适应巡航系统包括自适应巡航模式选择单元、数据采集单元、ECU中央控制单元、执行单元；所述自适应巡航模式选择单元与所述ECU中央控制单元连接，所述自适应巡航模式选择单元用于选择不同的自适应巡航模式，在不同的模式下所述ECU中央控制单元对自车的速度和车距进行控制；所述数据采集单元包括车载雷达和ESP的传感器，所述ESP的传感器包括车轮转动传感器、加速度传感器和车轮转速传感器，所述车轮转动传感器用于采集自车转向车轮转动的角度，所述加速度传感器用于采集自车的加速度，所述车轮转速传感器用于采集自车车轮的速度，所述ESP的传感器与所述ECU中央控制单元连接，所述ESP的传感器将采集的自车状态变化数据传送到所述ECU中央控制单元；所述车载雷达与所述ECU中央控制单元连接，所述车载雷达用于采集自车距离，所述车载雷达(202)将采集到的数据传送到所述ECU中央控制单元；所述ECU中央控制单元与所述执行单元连接，所述ECU中央控制单元能够实时对传递的数据进行计算和判断，并产生车辆的控制变化数据传送到所述执行单元；所述执行单元包括动力传动系统和制动力控制系统，所述动力传动系统控制自车加速度，所述制动力控制系统控制自车制动力的大小。
上述方案中，所述自适应巡航模式包括定速巡航模式和跟踪模式。
上述方案中，所述数据采集单元还包括雨刮传感器，所述雨刮传感器与所述ECU中央控制单元连接，所述雨刮传感器将自车雨刮的开关状态传递给所述ECU中央控制单元。
上述方案中，所述车载雷达为车载毫米波雷达。
本发明还提供一种车辆自适应巡航系统的控制方法，包括所述定速巡航模式的控制步骤：
(1)选择进入所述定速巡航模式；
(2)通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
(3)通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
(4)设定巡航的速度为vset，设置完成之后所述ECU中央控制单元自动计算出由当前的速度达到所述vset所需的最舒适的加速度；
(5)将步骤(4)计算的所述加速度传送到所述执行单元，所述动力传动系统通过调节自车发动机电子节气门开度的大小来控制加速度，所述制动力控制系统通过自车液压制动装置来控制自车制动力的大小来控制加速度。
(6)对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定：所述车载雷达监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上；
(7)对处于同一车道障碍物的速度进行判断：通过所述车载雷达监测出前方障碍物的相对速度vrel，通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元计算出前方障碍物的绝对速度vj，若vset-5km/h＜vj＜vset+5km/h，则保持一定的安全距离跟随前方障碍物前进，等前方障碍物消失之后再恢复到设定车速vset，若vj＜vset-5km/h，则发出声音警报，提醒驾驶员进行超车。
上述方案中，还包括所述跟踪模式的控制步骤：
①选择进入所述跟踪模式；
②通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
③通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
④设置跟踪距离d跟踪距离；
⑤所述雨刷传感器检测自车雨刷的开关状态：
遇到雨雪天气变化时自车雨刷启动，所述雨刷传感器检测到雨刷的状态变化并传送到所述ECU中央控制单元，所述ECU中央控制单元根据自车设置的跟踪距离的不同相应的延长跟踪距离，所述跟踪距离d表示为：
d跟踪距离＝v*τ+d路面附着力修正系数
式中，τ为时间间隔，v为自车速度，
当雨刷关闭时，d路面附着力修正系数＝0，不延长跟踪距离；
⑥对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定：所述车载雷达监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上；
⑦计算同一车道上障碍物的绝对速度vj，所述绝对速度vj>50km/h，自车按照设置的所述d跟踪距离进行跟踪行驶。
进一步的，所述d跟踪距离分为三个等级：短距离跟踪所保持的距离dsht、中等距离跟踪所保持的距离dmid和长距离跟踪所保持的距离dlong；根据所述d跟踪距离的等级不同，所述d路面附着力修正系数也发生变化：
当所述d跟踪距离为所述dsht时，所述d路面附着力修正系数＝6，
当所述d跟踪距离为所述dmid时，所述d路面附着力修正系数＝5，
当所述d跟踪距离为所述dlong时，所述d路面附着力修正系数＝4。
有益效果：本发明技术方案与现有技术方案相比，所述ESP传感器用来采集各种信息，减少了添加不必要的硬件设备，节省了成本；系统通过所述车载毫米波雷达收集前方障碍物的数据，传送到所述ECU中央控制单元，并能够自动对前方障碍物速度进行判断，采取不同措施，减少驾驶员的介入操作，同时所述毫米波雷达尺寸和受气候的影响更小；在所述的一种汽车自适应巡航方法中，所述执行单元调节汽车的加速度和减速度，满足巡航条件和跟踪条件，同时也具有舒适性；所述的跟踪模式中距离的设置考虑了室外雨雪天气对自车的影响，所述ECU中央控制单元自动调整跟踪距离，道路曲率的计算以及目标障碍物的识别能有效的减少自车误操作的发生，而且时间间隔采用一次线性函数，具有较快的响应速度，同时也兼顾了乘坐的舒适性，本发明能够有效减少驾驶员驾驶的疲劳感，同时提高驾驶的安全性。
附图说明：
图1为自适应巡航系统结构图。
图2为定速巡航模式操作流程图。
图3为跟踪模式操作流程图。
图4障碍物与轨迹中心线的确定图。
图5间隔时间与速度关系变化图。
其中：1自适应巡航模式选择单元 101定速巡航模式 102跟踪模式2数据采集单元 201ESP传感器 202车载雷达 203雨刷传感器 3ECU中央控制单元 4执行单元 401动力传动系统 402制动力控制系统
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，一种车辆自适应巡航系统，包括自适应巡航模式选择单元1、数据采集单元2、ECU中央控制单元3、执行单元4；
所述自适应巡航模式选择单元1与所述ECU中央控制单元3连接，所述自适应巡航模式选择单元1用于选择不同的自适应巡航模式，所述自适应巡航模式包括定速巡航模式101和跟踪模式102，在不同的自适应巡航模式下所述ECU中央控制单元3对自车的速度和车距进行控制；
所述数据采集单元2包括ESP的传感器201、车载雷达202和雨刮传感器303，所述ESP的传感器201包括车轮转动传感器、加速度传感器和车轮转速传感器，所述车轮转动传感器用于采集自车转向车轮转动的角度，所述加速度传感器用于采集自车的加速度，所述车轮转速传感器用于采集自车车轮的速度，所述ESP的传感器201与所述ECU中央控制单元3连接，所述ESP的传感器201将采集的自车状态变化数据传送到所述ECU中央控制单元3；所述车载雷达202与所述ECU中央控制单元3连接，所述车载雷达202为车载毫米波雷达，用于采集自车与前方目标障碍物距离，所述车载雷达(202)将采集到的数据传送到所述ECU中央控制单元3；所述雨刮传感器303与所述ECU中央控制单元3连接，所述雨刮传感器303将自车雨刮的开关状态传递给所述ECU中央控制单元3。
所述ECU中央控制单元3与所述执行单元4连接，所述ECU中央控制单元3能够实时对传递的数据进行计算和判断，并产生车辆的控制变化数据传送到所述执行单元4；
所述执行单元4包括动力传动系统401和制动力控制系统402，所述动力传动系统401控制自车加速度，所述制动力控制系统402控制自车制动力的大小。
如图2所示，本发明还提供一种车辆自适应巡航系统的控制方法，包括所述定速巡航模式的控制步骤：
(1)选择进入所述定速巡航模式101；
(2)通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元3根据公式：y＝dψ/dt，微分计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
(3)通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元3根据公式：ky＝(dψ/dt)/v，计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
(4)通过仪表盘当中的速度设定巡航的速度为vset，设置完成之后所述ECU中央控制单元3自动计算出由当前的速度达到所述vset所需的最舒适的加速度；
(5)将步骤(4)计算的所述加速度传送到所述执行单元4，所述动力传动系统401通过调节自车发动机电子节气门开度的大小来控制加速度，所述制动力控制系统402通过自车液压制动装置来控制自车制动力的大小来控制加速度。
(6)对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定如图4所示：所述车载雷达202监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元(3)，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上。
(7)对处于同一车道障碍物的速度进行判断：通过所述车载雷达202监测出前方障碍物的相对速度vrel，通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元3根据公式：vj＝v+vrel，计算出前方障碍物的绝对速度vj，若vset-5km/h＜vj＜vset+5km/h，则保持一定的安全距离跟随前方障碍物前进，等前方障碍物消失之后再恢复到设定车速vset，若vj＜vset-5km/h，则发出声音警报，提醒驾驶员进行超车。
如图3所示，所述一种车辆自适应巡航系统的控制方法还包括所述跟踪模式102的控制步骤：
①选择进入所述跟踪模式102；
②通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元根据公式：y＝dψ/dt，计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
③通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元根据公式：ky＝(dψ/dt)/v，计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
④通过仪表盘当中的距离设置跟踪距离d跟踪距离，所述d跟踪距离分为三个等级：短距离跟踪所保持的距离dsht、中等距离跟踪所保持的距离dmid和长距离跟踪所保持的距离dlong；
⑤所述雨刷传感器203检测自车雨刷的开关状态，遇到雨雪天气变化时自车雨刷启动，所述雨刷传感器203检测到雨刷的状态变化并传送到所述ECU中央控制单元3，所述ECU中央控制单元3根据自车设置的d跟踪距离等级的不同相应的延长跟踪距离，所述跟踪距离d跟踪距离表示为：
d跟踪距离＝v*τ+d路面附着力修正系数
式中，τ为时间间隔，v为自车速度，τ为时间间隔随着自车速度v的变化如图5所示，速度v越大τ越小，速度v越小τ越大，
当所述d跟踪距离为所述dsht时，所述d路面附着力修正系数＝6，
当所述d跟踪距离为所述dmid时，所述d路面附着力修正系数＝5，
当所述d跟踪距离为所述dlong时，所述d路面附着力修正系数＝4，
当雨刷关闭时，d路面附着力修正系数＝0，不延长跟踪距离；
⑥对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定如图4所示：所述车载雷达202监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元3，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上；
⑦计算同一车道上障碍物的绝对速度vj，所述绝对速度vj>50km/h，自车按照设置的所述d跟踪距离进行跟踪行驶。

Claims (7)

1.一种车辆自适应巡航系统，其特征在于，包括自适应巡航模式选择单元(1)、数据采集单元(2)、ECU中央控制单元(3)、执行单元(4)；
所述自适应巡航模式选择单元(1)与所述ECU中央控制单元(3)连接，所述自适应巡航模式选择单元(1)用于选择不同的自适应巡航模式，在不同的模式下所述ECU中央控制单元(3)对自车的速度和车距进行控制；
所述数据采集单元(2)包括ESP的传感器(201)和车载雷达(202)，所述ESP的传感器(201)包括车轮转动传感器、加速度传感器和车轮转速传感器，所述车轮转动传感器用于采集自车转向车轮转动的角度，所述加速度传感器用于采集自车的加速度，所述车轮转速传感器用于采集自车车轮的速度，所述ESP的传感器(201)与所述ECU中央控制单元(3)连接，所述ESP的传感器(201)将采集的自车状态变化数据传送到所述ECU中央控制单元(3)；所述车载雷达(202)与所述ECU中央控制单元(3)连接，所述车载雷达(202)用于采集自车与前方目标障碍物的相对距离，所述车载雷达(202)将采集到的数据传送到所述ECU中央控制单元(3)；
所述ECU中央控制单元(3)与所述执行单元(4)连接，所述ECU中央控制单元(3)能够实时对传递的数据进行计算和判断，并产生车辆的控制变化数据传送到所述执行单元(4)；
所述执行单元(4)包括动力传动系统(401)和制动力控制系统(402)，所述动力传动系统(401)控制自车加速度，所述制动力控制系统(402)控制自车制动力的大小。
2.根据权利要求1所述的一种车辆自适应巡航系统，其特征在于，所述自适应巡航模式包括定速巡航模式(101)和跟踪模式(102)。
3.根据权利要求1所述的一种车辆自适应巡航系统，其特征在于，所述数据采集单元(3)还包括雨刮传感器(303)，所述雨刮传感器(303)与所述ECU中央控制单元(3)连接，所述雨刮传感器(303)将自车雨刮的开关状态传递给所述ECU中央控制单元(3)。
4.根据权利要求1所述的一种车辆自适应巡航系统，其特征在于，所述车载雷达(202)为车载毫米波雷达。
5.一种车辆自适应巡航系统的控制方法，其特征在于，包括所述定速巡航模式(101)的控制步骤：
(1)选择进入所述定速巡航模式(101)；
(2)通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元(3)计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
(3)通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元(3)计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
(4)设定巡航的速度为vset，设置完成之后所述ECU中央控制单元(3)自动计算出由当前的速度达到所述vset所需的最舒适的加速度；
(5)将步骤(4)计算的所述加速度传送到所述执行单元(4)，所述动力传动系统(401)通过调节自车发动机电子节气门开度的大小来控制加速度，所述制动力控制系统(402)通过自车液压制动装置来控制自车制动力的大小来控制加速度。
(6)对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定：所述车载雷达(202)监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元(3)，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上；
(7)对处于同一车道障碍物的速度进行判断：通过所述车载雷达(202)监测出前方障碍物的相对速度vrel，通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元(3)计算出前方障碍物的绝对速度vj，若vset-5km/h＜vj＜vset+5km/h，则保持一定的安全距离跟随前方障碍物前进，等前方障碍物消失之后再恢复到设定车速vset，若vj＜vset-5km/h，则发出声音警报，提醒驾驶员进行超车。
6.根据权利要求5所述的一种车辆自适应巡航系统的控制方法，其特征在于，还包括所述跟踪模式(102)的控制步骤：
①选择进入所述跟踪模式(102)；
②通过所述车轮转动传感器检测自车转向轮转动的角度ψ，所述ECU中央控制单元计算得出自车绕纵轴的旋转角度y；
③通过所述加速度传感器检测得到自车的行驶速度v，所述ECU中央控制单元计算得出自车行驶的轨道曲率ky；
④设置跟踪距离d跟踪距离；
⑤所述雨刷传感器(203)检测自车雨刷的开关状态：
遇到雨雪天气变化时自车雨刷启动，所述雨刷传感器(203)检测到雨刷的状态变化并传送到所述ECU中央控制单元(3)，所述ECU中央控制单元(3)根据自车设置的跟踪距离的不同相应的延长跟踪距离，所述跟踪距离d表示为：
d跟踪距离＝v*τ+d路面附着力修正系数
式中，τ为时间间隔，v为自车速度，
当雨刷关闭时，d路面附着力修正系数＝0，不延长跟踪距离；
⑥对前方障碍物是否与自车属于同一车道进行判定：所述车载雷达(202)监测到前方出现障碍物时，将数据传送到所述ECU中央控制单元(3)，通过以下公式计算出被测障碍物与预测轨道之间的横向误差dyc：
dyvcourse＝ky*d2/2
dyv＝dsensor+d*sinα
dyc＝dyvcourse-dyv
式中，d表示被测障碍物与车载雷达的直线距离，ky表示自车行驶的轨道曲率，dyvcourse表示预测轨道与自车纵轴的横向距离，dyv表示横向的补偿量，dsensor表示自车纵轴与车载雷达的距离，α表示被测障碍物与自车纵线的角度，如果dyc＜D/2，D为路面宽度，则障碍物与自车在同一车道上，否则，不在同一车道上；
⑦计算同一车道上障碍物的绝对速度vj，所述绝对速度vj>50km/h，自车按照设置的所述d跟踪距离进行跟踪行驶。
7.根据权利要求6所述的一种车辆自适应巡航系统的控制方法，其特征在于，
所述d跟踪距离分为三个等级：短距离跟踪所保持的距离dsht、中等距离跟踪所保持的距离dmid和长距离跟踪所保持的距离dlong；根据所述d跟踪距离的等级不同，所述d路面附着力修正系数也发生变化：
当所述d跟踪距离为所述dsht时，所述d路面附着力修正系数＝6，
当所述d跟踪距离为所述dmid时，所述d路面附着力修正系数＝5，
当所述d跟踪距离为所述dlong时，所述d路面附着力修正系数＝4。
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