CN105818813B - 基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法 - Google Patents

基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法。根据本发明一个方面的基于车辆间通信的车距控制系统包括：相对距离及速度输入部，其接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度；通信部，其从识别到的所述前方车辆接收路面信息；常数变更部，其比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数；目标车距计算部，其根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距；以及目标加速度计算部，其利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度。本发明能够根据路面辅助确保安全距离。

Description

基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法，尤其涉及利用通过车辆间(Vehicle to Vehicle，V2V)通信从前方行驶车辆接收到的路面信息计算后方行驶车辆基于路面的目标车距及目标加速度的基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法。
背景技术
根据统计结果显示随着车辆的快速普及，车辆增长速度远大于道路网的扩张速度。
因此，随着车辆之间在道路上的碰撞危险日益增大，结合消费者对更加安全、智能型的汽车的需求和汽车相关产业的发展趋势，已经开发出多种智能型安全系统并投入使用。
尤其，做了很多对本车辆与前方行驶车辆之间的碰撞可能性发出警报和回避的研究，由此开发出的车距控制系统用于在复杂的道路环境下保障更为安全和舒适的驾驶环境。
但是就目前来讲，由于对碰撞警报及回避时间点和方法还没有明确结论，因此今后还需要对这方面做很多研究和试验。
所述车距控制系统在驾驶员设定目标行驶速度时，控制装置分析车辆受到的多种负荷条件及车速，通过控制油门传动装置及制动传动装置保持按设定速度行驶。
并且，设定能够保持安全行驶距离的时间差(Time Gap)。
如上所述，在车辆定速行驶的过程中，控制装置通过设置在车辆前方预定位置的距离感测装置感测与前方行驶车辆之间的距离，以提取本车辆与前方行驶车辆之间的相对距离及相对速度。
若提取到的所述相对距离及相对速度是有碰撞危险的相对距离及相对速度，则利用设定的时间差执行距离控制。
安全行驶距离通过(时间差×本车速度)这一条件计算。
此时，以算数方式计算本车辆与前方行驶车辆之间的临界制动距离，若该临界制动距离在安全行驶距离以内，则通过控制制动传动装置执行制动控制，或通过控制油门传动装置执行引擎扭矩降低控制，以确保安全行驶距离。
如上所述，通过用于保持安全行驶距离的控制降低本车辆的车速，当本车辆与前方行驶车辆之间的相对距离增大时，通过控制油门传动装置恢复引擎扭矩，以恢复设定的定速行驶速度。
安装在现有车辆的所述车距控制系统由于已经以预定值预先设定了用于保持安全行驶距离的时间差，因此驾驶员无法进行调整。
另外，有些系统通常可以由驾驶员按三等级(远/中/近(Far/Med/Close))进行设定，但是驾驶过程中无法设定时间差且操作繁琐，故阻碍安全驾驶。
例如，设定的时间差为2秒/1.5秒/1秒，则当本车辆以100km/h的速度行驶时将与前方行驶车辆分别保持55m/42m/28m的间隔行驶。
因此，当在考虑上述条件的情况下，例如以100km/h的速度行驶的车辆的最小刹车距离为38m，该距离比驾驶员为驾驶安全而设定的距离(55m/42m/28m)具有更高优先权(Priority)。
但需要考虑轮胎与地面的摩擦系数并非总是1.0。
轮胎与地面的摩擦系数在不同路面状态下具有不同的特性。
不仅如此，该摩擦系数根据路面形态(柏油路、水泥路、非铺装道路等)、轮胎种类(胎体(carcass)/径向(radial))、轮胎花纹(Tread)形状及老化程度而具有很大变化。
即，干燥天气以新轮胎行驶在水泥路时与下雨天以旧轮胎行驶在柏油路上时的摩擦系数之差约为两倍左右，因此最大减速度也有两倍之差。
搭载在现有车辆上的车距控制系统在行驶中根据最大减速度计算驾驶员的最小安全距离时，在未充分考虑轮胎条件与路面间的摩擦系数的情况下将最大减速度固定成9.8m/s2，因此无法确保最佳安全距离。
因此，其缺点是遇到紧急情况时无法避免前方行驶车辆与本车辆之间发生碰撞。
现有技术文献
专利文献
1.韩国公开专利公报第10-2012-0008621号
2.韩国公开专利公报第10-2011-0125122号
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种利用通过车辆间(Vehicle to Vehicle，V2V)通信从前方行驶车辆接收到的路面信息计算后方行驶车辆基于路面的目标车距及目标加速度的基于车辆间通信的车距控制系统及其控制方法。
本发明的目的不限于以上提及的目的，本领域普通技术人员可通过以下记载明确理解未提及的其他目的。
技术方案
为达成上述目的，根据本发明一个方面的基于车辆间通信的车距控制系统包括：相对距离及速度输入部，其接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度；通信部，其从识别到的所述前方车辆接收路面信息；常数变更部，其比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数；目标车距计算部，其根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距；以及目标加速度计算部，其利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度。
所述路面信息包括所述前方车辆根据识别到的所述前方车辆的轮胎受到的垂直轴方向的作用力与水平轴方向的作用力的关系进行计算得到的路面摩擦系数。
所述相对距离及速度输入部将搭载于所述本车辆的距离感测装置识别到的至少一个以上客体中位于最短距离的客体选定为所述前方车辆，并接收选定的前方车辆与所述本车辆之间的相对距离及相对速度。
所述常数变更部利用路面摩擦系数与所述车距常数之间预先定义的关系信息输出与所述路面摩擦系数映射的车距常数。
所述目标车距计算部利用如下数学式1计算所述本车辆的目标车距，
[数学式1]
Cdes＝τvx+Co
其中，所述Cdes是目标车距，τ是车距常数，C0是最小车距。
所述目标加速度计算部利用如下数学式2计算所述本车辆的目标加速度，
[数学式2]
ades＝-k1(Cdes-C)-k2(vt-vs)
其中，所述ades是目标加速度，所述k1、k2是对应于路面摩擦系数的增益值，Cdes是目标车距，C是当前车距，vt是前方车辆的速度，vs是本车辆的速度。
并且，基于车辆间通信的车距控制系统还可以包括车辆控制部，其计算所述本车辆的目标加速度与当前加速度的误差，并计算用于补偿所述误差的控制值。
并且，基于车辆间通信的车距控制系统还可以包括显示部，其显示所述路面信息的变更内容。
为达成上述目的，根据本发明另一方面的基于车辆间通信的车距控制方法包括：(a)接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度的步骤；(b)从识别到的所述前方车辆接收路面信息的步骤；(c)比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数的步骤；(d)根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距的步骤；以及(e)利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度的步骤。
技术效果
根据上述本发明的技术方案，通过V2V通信将前方行驶车辆计算的路面摩擦系数发送给后方车辆，后方车辆算出对应于接收到的路面摩擦系数的目标加速度及控制量，能够根据路面辅助确保安全距离。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制系统的构成框图；
图2为显示根据本发明实施例的路面摩擦系数与车距常数之间关系的示意图；
图3为显示根据本发明实施例的显示路面信息的变更内容的一个例子的示意图；
图4为显示根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制方法的流程图。
具体实施方式
参照附图及以下说明的实施例便可明确本发明的优点、特征及达成方法。但是，本发明并非限定于以下公开的实施例，而是以各不相同的多种形态实现，本实施例仅仅使得本发明的公开更加完整，使本发明所属技术领域的普通技术人员容易理解发明的范畴，本发明由技术方案的范畴定义。另外，本说明书中所采用的术语用于说明实施例，而并非对本发明加以限定。本说明书中若未特别言及，单数型也包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”及/或“包含的(comprising)”，是指言及的构成要素、步骤、动作及/或元件不排除存在或追加一个以上的其他构成要素、步骤、动作及/或元件。
以下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添加附图标记方面，即使在不同的附图上显示，仍尽可能对相同的构成要素添加相同的附图标记。并且在说明本发明时若判断认为对相关公知的结构或功能的具体说明有可能混淆本发明的内容时省略对有关内容的详细说明。
根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制系统的特征是通过V2V通信从前方行驶车辆接收感测路面变化所得到的信息，并根据该信息执行车距控制。
例如，根据通过V2V通信从前方车辆接收到的路面信息及通过激光扫描仪等距离感测装置接收到的相对速度及相对距离变更车距常数并计算目标加速度，执行用于确保安全距离的车距控制。以下参照图1至图4说明有关具体实施例。
图1为根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制系统的构成框图。
如图1所示，根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制系统由通信部100、相对距离及速度输入部200、车速检测部300、常数变更部400、计算部500及车辆控制部600构成。
通信部100支持车辆与其他车辆间的通信(Vehicle to Vehicle，V2V)。通信部100支持网络连接设置，使得能够与接近预设通信覆盖区域内的其他车辆的通信模块形成网络。
并且，通信部100为了通过V2V通信协议把从其他车辆接收到的数据发送给车辆内的其他单元，还可以包括将V2V协议传送数据转换为车辆内网络(例如，控制器局域网络(CAN)、车载网络(FlexRay)、媒体导向系统(MOST)、以太网(Ethernet)等)协议数据的网关。
所述通信部100通过V2V通信从接近通信覆盖区域内的其他车辆(例如，前方行驶车辆)接收含路面摩擦系数的路面信息。
其中，路面摩擦系数可通过各车轮的轮胎受到的水平轴方向的作用力与垂直轴方向的作用力的关系计算得到。前方行驶车辆计算的路面摩擦系数通过V2V通信发送到后方行驶车辆(以下称为本车辆)。
相对距离及速度输入部200接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度。
例如，相对距离及速度输入部200可以将搭载于本车辆的激光扫描仪等距离感测装置识别到的至少一个以上客体中位于最短距离的客体选定为所述前方车辆。此时，接收被选定为前方车辆的客体与本车辆之间的相对速度及相对距离。
车速检测部300是设置在变速器输出轴的车速传感器，通过输出轴旋转数检测当前行驶车速。又例如，车速检测部300是设置在各车轮的轮速传感器，通过各车轮的角速度检测相应车轮的速度。
常数变更部400比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数。
例如，常数变更部400利用路面摩擦系数与车距常数之间预先定义的关系信息输出与路面摩擦系数映射的车距常数。图2例示路面摩擦系数与车距常数之间的关系。
另外，当常数变更部400判断出接收到的所述路面信息有变更时，将所述路面信息的变更内容发送给显示部(未示出)显示。图3为显示根据本发明实施例的路面信息的变更内容的例子的示意图。
计算部500利用常数变更部400变更的车距常数、相对距离及速度输入部200接收到的与前方行驶车辆之间的相对速度及相对距离、车速检测部300接收到的本车辆的当前行驶速度计算本车辆的目标加速度。
为此，所述计算部500由目标车距计算部510及目标加速度计算部520构成。
所述目标车距计算部510根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距。
此时，所述目标车距计算部510可以利用如下数学式1计算所述本车辆的目标车距。
[数学式1]
Cdes＝τvx+Co
其中，所述Cdes是目标车距，τ是车距常数，C0是最小车距。
所述目标加速度计算部520利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度。
此时，所述目标加速度计算部520利用相对距离及速度输入部200接收到的前方行驶车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度、所述目标车距计算部510计算的目标车距、所述车速检测部300接收到的当前车辆的行驶速度计算本车辆的目标加速度。
以下数学式2是用于所述目标加速度计算部520计算目标加速度的数学式。
[数学式2]
ades＝-k1(Cdes-C)-k2(vt-vs)
其中，所述ades是目标加速度，所述k1、k2是对应于路面摩擦系数的增益值，Cdes是目标车距，C是当前车距，vt是前方车辆的速度，vs是本车辆的速度。
车辆控制部600计算所述本车辆的目标加速度与当前加速度的误差，并计算用于补偿所述误差的控制值。
以下参照图1至图4说明根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制方法。
图4为显示根据本发明实施例的基于车辆间通信的车距控制方法的流程图。
首先在步骤S100中，车速检测部300检测本车辆的当前行驶速度。
例如，所述车速检测部300是设置在变速器输出轴的车速传感器，通过输出轴旋转数检测当前的行驶车速。又例如，车速检测部300是设置在各车轮的轮速传感器，通过各车轮的角速度检测车轮的速度。
之后在步骤S200中，相对距离及速度输入部200接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度。
例如，相对距离及速度输入部200可以将搭载于本车辆的激光扫描仪等距离感测装置识别到的至少一个以上客体中位于最短距离的客体选定为所述前方车辆。此时，接收被选定为前方车辆的客体与本车辆之间的相对速度及相对距离。
之后在步骤S300中，所述通信部100从接近通信覆盖区域内的其他车辆(例如，前方行驶车辆)通过V2V通信接收含路面摩擦系数的路面信息。
并且在步骤S400中，常数变更部400比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息。
经过比较，当判断结果为所述路面信息发生变更时，在步骤S500中将所述路面信息的变更内容发送给显示部(未示出)显示。
并且在步骤S600中，常数变更部400根据变更的路面信息变更车距常数。
例如，常数变更部400利用路面摩擦系数与车距常数之间预先定义的关系信息输出与路面摩擦系数映射的车距常数。图2例示路面摩擦系数与车距常数之间的关系。
之后在步骤S700中，目标车距计算部510根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距。
此时，所述目标车距计算部510可利用如下数学式1计算所述本车辆的目标车距。
[数学式1]
Cdes＝τvx+Co
其中，所述Cdes是目标车距，τ是车距常数，C0是最小车距。
之后在步骤S800中，目标加速度计算部520利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度。
此时，所述目标加速度计算部520利用相对距离及速度输入部200接收到的前方行驶车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度、所述目标车距计算部510计算的目标车距、所述车速检测部300接收到的当前车辆的行驶速度计算本车辆的目标加速度。
以下数学式2是用于所述目标加速度计算部520计算目标加速度的数学式。
[数学式2]
ades＝k1(Cdes C)k2(vtvs)
其中，所述ades是目标加速度，所述k1、k2是对应于路面摩擦系数的增益值，Cdes是目标车距，C是当前车距，vt是前方车辆的速度，vs是本车辆的速度。
之后在步骤S900中，车辆控制部600计算所述本车辆的目标加速度与当前加速度的误差，并计算用于补偿所述误差的控制值。
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各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于，包括：
相对距离及速度输入部，其接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度；
通信部，其从识别到的所述前方车辆接收路面信息；
常数变更部，其比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数；
目标车距计算部，其根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距；以及
目标加速度计算部，其利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度，
所述相对距离及速度输入部将搭载于所述本车辆的距离感测装置识别到的至少一个以上客体中位于最短距离的客体选定为所述前方车辆，并接收选定的前方车辆与所述本车辆之间的相对距离及相对速度，
所述目标车距计算部利用如下数学式1计算所述本车辆的目标车距，
数学式1：
Cdes＝τvx+Co
其中，所述Cdes是目标车距，τ是车距常数，C0是最小车距，vx是相对速度。
2.根据权利要求1所述的基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于：
所述路面信息包括所述前方车辆根据识别到的所述前方车辆的轮胎受到的垂直轴方向的作用力与水平轴方向的作用力的关系进行计算得到的路面摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于：
所述常数变更部利用路面摩擦系数与所述车距常数之间预先定义的关系信息输出与所述路面摩擦系数映射的车距常数。
4.根据权利要求1所述的基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于：
所述目标加速度计算部利用如下数学式2计算所述本车辆的目标加速度，
数学式2：
ades＝-k1(Cdes-C)-k2(vt-vs)
其中，所述ades是目标加速度，所述k1、k2是对应于路面摩擦系数的增益值，Cdes是目标车距，C是当前车距，vt是前方车辆的速度，vs是本车辆的速度。
5.根据权利要求1所述的基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于，还包括：
车辆控制部，其计算所述本车辆的目标加速度与当前加速度的误差，并计算用于补偿所述误差的控制值。
6.根据权利要求1所述的基于车辆间通信的车距控制系统，其特征在于，还包括：
显示部，其显示所述路面信息的变更内容。
7.一种基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于，包括：
(a)接收识别到的前方车辆与本车辆之间的相对距离及相对速度的步骤；
(b)从识别到的所述前方车辆接收路面信息的步骤；
(c)比较接收到的所述路面信息与上一时间点接收到的路面信息，当该结果为路面信息发生变更时变更车距常数的步骤；
(d)根据变更的车距常数计算识别到的所述前方车辆与所述本车辆之间的目标车距的步骤；以及
(e)利用接收到的所述路面信息计算所述本车辆的目标加速度的步骤，
所述(a)步骤包括，将搭载于所述本车辆的距离感测装置识别到的至少一个以上客体中位于最短距离的客体选定为所述前方车辆，并接收选定的前方车辆与所述本车辆之间的相对距离及相对速度的步骤，
所述(d)步骤利用如下数学式1计算所述本车辆的目标车距，
数学式1：
Cdes＝τvx+Co
其中，所述Cdes是目标车距，τ是车距常数，C0是最小车距，vx是相对速度。
8.根据权利要求7所述的基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于：
所述路面信息包括所述前方车辆根据识别到的所述前方车辆的轮胎受到的垂直轴方向的作用力与水平轴方向的作用力的关系进行计算得到的路面摩擦系数。
9.根据权利要求7所述的基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于：
所述(c)步骤包括，利用路面摩擦系数与所述车距常数之间预先定义的关系信息输出与所述路面摩擦系数映射的车距常数的步骤。
10.根据权利要求7所述的基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于：
所述(e)步骤利用如下数学式2计算所述本车辆的目标加速度，
数学式2：
ades＝-k1(Cdes-C)-k2(vt-vs)
其中，所述ades是目标加速度，所述k1、k2是对应于路面摩擦系数的增益值，Cdes是目标车距，C是当前车距，vt是前方车辆的速度，vs是本车辆的速度。
11.根据权利要求7所述的基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于，还包括：
(f)计算所述本车辆的目标加速度与当前加速度的误差，并计算用于补偿所述误差的控制值的步骤。
12.根据权利要求7所述的基于车辆间通信的车距控制方法，其特征在于，还包括：
(g)显示所述路面信息的变更内容的步骤。
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