CN109229098A - 一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法及车用跟随行驶控制装置 - Google Patents

一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法及车用跟随行驶控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法及车用跟随行驶控制装置。该方法利用加速度闭环控制来保持前车和本车的安全车距，包括基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；根据前车的加速度和本车与前车的目标车距来计算本车的预期加速度；以及基于本车的预期加速度调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。本发明实施例在前车状态变化之前即计算本车的预期加速度，并且在确定本车的预期加速度过程中，通过动态调整多个控制参数，确保控制及时性，满足各种运行场景的安全要求，并提升了用户对车速调整的人体感官感受。

Description

一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法及车用跟随行驶控 制装置
技术领域
本发明总体上涉及自动控制领域，具体涉及一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法、车用跟随行驶控制装置以及相应的电子设备和计算机可读存储介质。
背景技术
自适应巡航控制(ACC)允许车辆自适应地根据道路情况控制车辆行驶状态，实现完全或部分地取代驾驶员的操作，其作为一种智能驾驶技术，在汽车产业中得到广泛应用。
现有的自适应巡航控制系统主要实现巡航与跟车功能。在跟车过程中，通过控制本车加速或减速，使前后两车之间的相对位置维持在安全、稳定的状态下。然而这种控制通常反馈滞后，并不能满足复杂路况以及前车速度急速变化等情况下的安全性能要求，导致现有的自适应巡航技术使用场景受限。
发明内容
针对上述问题，本发明的实施例提供一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法、车用跟随行驶控制装置及相应的电子设备和计算机可读存储介质，能够快速地对前车状态变化做出响应，确保控制及时性，满足各种运行场景的安全要求，并提升了用户对车速调整的人体感官感受。
在本发明的第一方面，提供一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法。该方法包括：基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
在某些实施例中，方法还包括：基于依赖于前车速度而变化的车头时距，确定目标车距。
在某些实施例中，车头时距以关于前车速度的第一非线性关系而变化，第一非线性关系表征在前车速度大于第一阈值时车头时距随着前车速度增加而非线性地降低。
在某些实施例中，方法还包括：基于关于前车速度的第一线性关系，确定用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，第一线性关系表征在前车速度小于第二阈值时调整因子随着前车速度降低而线性地降低；并且计算本车的预期加速度包括：基于前车的加速度、本车与前车的目标车距以及所述调整因子，计算本车的预期加速度。
在某些实施例中，计算本车的预期加速度包括根据下式计算本车的预期加速度ae：
其中，T为用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，H为车头时距，af为前车的加速度，R为前车和本车的相对距离，为相对距离的变化率，R0为目标车距，k为大于零的常数。
在某些实施例中，确定目标车距包括根据下式确定目标车距：
R0＝H·vf+d0
其中，R0为目标车距，vf为前车速度，H为车头时距，d0为前车静止时本车与前车目标距离。
在某些实施例中，车头时距从车头时距的候选集合中根据前车速度的变化而选取。
在本发明的第二方面，提供一种车用跟随行驶控制装置，其特征在于，包括：监测部件，被配置用于基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；计算部件，被配置用于基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及速度调整部件，被配置用于基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
在本发明的第三方面，提供一种电子设备，其包括：处理器；以及存储有指令的存储器，指令在被处理器执行时促使设备执行动作，动作包括：基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
在本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其存储有机器可读的指令，指令在由机器执行时使得机器执行根据本发明第一方面所描述的方法。
本发明的实施例提出的用于控制车辆自适应巡航车距的方案，能够在特殊情况下，提前计算出本车的加速度需求，快速地对前车状态变化做出响应，确保控制及时性，并且通过调整控制参数，能够确保不同的控制效果并使得本车与前车保持安全距离。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的用于控制车辆自适应巡航车距的方法的流程图；
图2示出了根据本发明实施例的车用跟随行驶控制装置的示意框图；以及
图3示出适合实现本发明的实施例的电子设备的方框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。
如前所述，当前的自适应巡航控制系统无法满足复杂路况以及前车速度急速变化等情况下的安全性能要求，从而影响用户的使用体验。具体而言，在前车状态变化较快的情况下，现有的自适应巡航控制响应不及时，本车车速变化滞后，无法保证行车安全。同时，车辆的驱动力/制动力输出变化起伏，用户体验差。此外，在跟车过程中，容易导致插车概率、大幅度减速概率的增加。有鉴于此，本发明实施例提出的控制车辆自适应巡航车距的方案采用多种技术手段来有效解决上述问题。
在控制设计上，发明人注意到，根据前车和本车的相对距离与相对速度来得到本车的目标速度，并以该目标速度控制本车实现稳定跟车，这种车速闭环控制方式无法很好地适应车速变化。根据本发明的实施例，在控制车辆自适应巡航车距过程中，本发明提出在更高的维度利用加速度闭环控制。
下面结合附图对本发明实施例作进一步描述。图1示出了根据本发明的一个实施例的用于控制车辆自适应巡航车距的方法100的流程图。方法100可以在任何适宜的用来控制车辆运行的电子设备处实现，例如作为车辆自适应巡航系统的一部分。
在110，基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度af。在一个实施例中，利用传感技术，本车的传感器(例如摄像头、雷达或超声波传感器等)采集传感数据，本车可以基于这些数据利用例如处理器来计算得到前车和本车的相对距离和相对速度。在跟车过程中，实时采集前车和本车的相对速度，对速度进行卡尔曼滤波或者采用现有其他方式，估计出前车的实时加速度af。
在120，基于前车的加速度af和本车与前车的目标车距R0，计算本车的预期加速度。然后在130，本车可以基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得前车与本车保持目标车距，以此方式达到跟车稳定状态。根据预期加速度调整本车车速的操作可以现有方式进行，本发明在此方面不做限制。下面具体描述加速度闭环控制过程。
根据本发明的实施例，期望提前应对前车行进的状态变化，因而实时监测前车加减速意图，并根据前车实时的加速度值计算本车期望加速度。预估或计算本车的预期加速度时，在利用前车与本车的相对距离、前车速度、本车速度、前车的加速度等参数的基础上，本发明实施例考虑多个控制因素。
在一个实施例中，可以先确定本车与前车的目标车距R0。目标车距R0可以根据下式(1)得到：
R0＝H·vf+d0 (1)
其中，d0为前车静止时两车目标距离，其可以标定；H为车头跟车时距，其可以与拨杆设定的5档跟车距离相对应。在本实施例中，H并不是固定不变的，其依赖于前车车速而变化。根据本发明的一个实施例，以关于前车速度的非线性关系来调整车头时距，该非线性关系表征在前车速度大于某一阈值时车头时距随着前车速度增加而非线性地降低。
作为一个示例，例如，当前车车速低于某一标定值(例如10km/h)时，跟车时距H可以对应1-5档取[1.26,1.62,1.98,2.34,2.7]；当前车车速高于该标定值时，随着车速提高，按照抛物线趋势降低跟车时距到标定值[1.2,1.3,1.4,1.6,1.8]。这些跟车时距H的候选集合可以根据测试选取合适的值。
根据本发明的实施例，在确定本车预期加速度时考虑变化的跟车时距。跟车过程中，随着车速提高，在安全程度范围内根据一定规律降低跟车时距，在车速高时跟车距离不至于太远；车速较低时采用较高的时距，从高速往低速刹车的过程中，使得计算出的控制量呈非线性增加，保证制动安全性。
在本发明的另一实施例中，在计算本车预期加速度时还考虑加速度调整因子T，其用来影响加速度计算值，使得在跟车过程中，随着前车车速变化，前车高速时计算出加速度控制量较大，低速(刹停)时计算出加速度控制量较小，保证高速制动安全，同时确保车辆在跟停过程中不会过早刹停。换言之，加速度调整因子T调节车辆达到跟车稳态过程的快慢或收敛速度。
在一个实施例中，以关于前车速度的线性关系来调整加速度调整因子，该线性关系表征在前车速度小于某一阈值时加速度调整因子T随着前车速度降低而线性地降低。在一个示例中，可以根据实车测试结果，对T进行动态调整。例如，前车车速高于标定值时，T取较大的标定值(如10)，保证车距保持控制快速性；前车车速低于标定值时，T按照一定斜率随车速降低而降低，防止刹停过程中过早停车。此外，还可以对T进行最小值限制，防止T过小而影响控制快速性。
根据本发明的实施例，在进行加速度环控制时，为了使前后两车之间的相对位置维持在安全、稳定的状态下，即前后两车相对距离达到目标设定值时两车相对速度为零，可以定义下式(2)：
其中，R为本车和前车相对距离，R0为如前所述计算的目标车距，T为如前所确定的加速度调整因子，为相对距离的变化率，其表征本车和前车的速度差。当意图自适应巡航保持目标车距R0时，x应趋于零。由此可以设计下式(3)
k取大于零的常数值，其可以根据车辆实际测试确定合适的值。根据李雅普诺夫稳定判据第二法，式(2)和式(3)的零解是稳定的，也即此时系统稳定，本车和前车可以保持稳定的目标跟车距离。
根据上述设计方法，可以由式(2)和式(3)得到本车预期加速度ae：
其中，af即为如前所计算得到的前车加速度。
本车根据式(4)计算得到本车预期加速度，可以计算出电机驱动扭矩和电子稳定系统(ESP)制动力需求，通过执行器电机、ESP动作，实现本车车速控制，从而达到跟车稳定状态。根据预期加速度调整本车车速的操作可以现有方式进行，在此不再赘述。
由此，即使在特殊情况下，如前车急减速或急加速、前方突然出现新的车辆插入而导致前后两车距离差、车速差快速变化时，能够计算出本车的加速度需求，进而计算驱动力与控制力输出，快速地对前车状态变化做出响应，确保控制及时性，尤其在前车较极端减速的工况下，能够确保本车与前车保持安全距离。
此外，跟车过程中，随着车速变化，在线调整各计算参数，例如调整因子T和车头时距H，确保在不同车辆运行情况下的控制效果。在普通跟车过程中，即没有出现车速急速变化时，控制输出及时且呈线性。跟车时距非线性变化，使得跟车距离符合人体感官，减少插车工况，提升行车安全性。而控制率计算参数(例如调整因子T)随车速变化而变化，确保不同情况下的控制效果。
图2示出了根据本发明实施例的车用跟随行驶控制装置200的示意框图。装置200包括：监测部件210，被配置用于基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；计算部件220，被配置用于基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及速度调整部件230，被配置用于基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
在某些实施例中，监测部件210在跟车过程中实时采集前车和本车的相对速度，对速度进行卡尔曼滤波或者采用现有其他方式，估计出前车的实时加速度并进行实时监测。
在某些实施例中，计算部件220基于依赖于前车速度而变化的车头时距，确定目标车距。在某些实施例中，车头时距以关于前车速度的第一非线性关系而变化，第一非线性关系表征在前车速度大于第一阈值时车头时距随着前车速度增加而非线性地降低。
在某些实施例中，确定目标车距包括根据下式确定目标车距：
R0＝H·vf+d0
其中，R0为目标车距，vf为前车速度，H为车头时距，d0为前车静止时本车与前车目标距离。
在另一些实施例中，计算部件220还确定用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子。进一步地，基于前车的加速度、本车与前车的目标车距以及所述调整因子，计算本车的预期加速度。在某些实施例中，计算本车的预期加速度包括根据下式计算本车的预期加速度ae：
其中，T为用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，H为车头时距，af为前车的加速度，R为前车和本车的相对距离，为相对距离的变化率，R0为目标车距，k为大于零的常数。
在某些实施例中，速度调整部件230根据计算出的预期加速度，确定电机驱动扭矩和电子稳定系统(ESP)制动力需求，通过控制电机、ESP动作，实现本车车速调整。
应当理解，上文结合图1描述的操作和特征同样适用于该车用跟随行驶控制装置及其中包含的部件，并且具有同样的效果，具体细节不再赘述。
图3示出了适合实现本发明的实施例的电子设备300的方框图。设备300可以用来实现车辆自适应巡航控制。如图所示，设备300包括处理器310。处理器310控制设备300的操作和功能。例如，在某些实施例中，处理器310可以借助于与其耦合的存储器320中所存储的指令330来执行各种操作。存储器320可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以利用任何合适的数据存储技术来实现，包括但不限于基于半导体的存储器件、磁存储器件和系统、光存储器件和系统。尽管图3中仅仅示出了一个存储器单元，但是在设备300中可以有多个物理不同的存储器单元。
处理器310可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以包括但不限于通用计算机、专用计算机、微控制器、数字信号控制器(DSP)以及基于控制器的多核控制器架构中的一个或多个多个。设备300也可以包括多个处理器310。
当设备300充当车辆自适应巡航控制器时，处理器310在执行指令330时促使设备300执行动作，以实现上文参考图1描述的方法100。根据本发明的实施例，所述动作包括：基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得前车与本车保持目标车距。
在某些实施例中，所述动作还包括：基于依赖于前车速度而变化的车头时距，确定目标车距。在某些实施例中，车头时距以关于前车速度的第一非线性关系而变化，第一非线性关系表征在前车速度大于第一阈值时车头时距随着前车速度增加而非线性地降低。
在某些实施例中，动作还包括：基于关于前车速度的第一线性关系，确定用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，第一线性关系表征在前车速度小于第二阈值时调整因子随着前车速度降低而线性地降低；并且计算本车的预期加速度包括：基于前车的加速度、本车与前车的目标车距以及所述调整因子，计算本车的预期加速度。
在某些实施例中，计算本车的预期加速度包括根据下式计算本车的预期加速度ae：
其中，T为用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，H为车头时距，af为前车的加速度，R为前车和本车的相对距离，为相对距离的变化率，R0为目标车距，k为大于零的常数。
在某些实施例中，确定目标车距包括根据下式确定目标车距：
R0＝H·vf+d0
其中，R0为目标车距，vf为前车速度，H为车头时距，d0为前车静止时本车与前车目标距离。
本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有机器可读的指令，指令在由机器执行时使得机器执行根据本发明所描述的方法。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆自适应巡航车距的方法，其特征在于，包括：
基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；
基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及
基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于依赖于前车速度而变化的车头时距，确定所述目标车距。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车头时距以关于前车速度的第一非线性关系而变化，所述第一非线性关系表征在前车速度大于第一阈值时所述车头时距随着所述前车速度增加而非线性地降低。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于关于前车速度的第一线性关系，确定用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，所述第一线性关系表征在前车速度小于第二阈值时所述调整因子随着所述前车速度降低而线性地降低；
并且计算本车的预期加速度包括：
基于前车的加速度、本车与前车的目标车距以及所述调整因子，计算本车的预期加速度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，计算本车的预期加速度包括：
根据下式计算本车的预期加速度ae，
其中，T为用于调节本车达到跟车稳定状态的速度的调整因子，H为车头时距，af为前车的加速度，R为前车和本车的相对距离，为所述相对距离的变化率，R0为目标车距，k为大于零的常数。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述目标车距包括：
根据下式确定所述目标车距
R0＝H·vf+d0
其中，R0为目标车距，vf为前车速度，H为车头时距，d0为前车静止时本车与前车目标距离。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车头时距从车头时距的候选集合中根据前车速度的变化而选取。
8.一种车用跟随行驶控制装置，其特征在于，包括：
监测部件，被配置用于基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；
计算部件，被配置用于基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及
速度调整部件，被配置用于基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得本车与前车保持目标车距。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储有指令的存储器，所述指令在被所述处理器执行时促使所述设备执行动作，所述动作包括：
基于前车与本车的相对距离和相对速度，监测前车的加速度；
基于前车的加速度和本车与前车的目标车距，计算本车的预期加速度；以及
基于本车的预期加速度，调整本车的速度以使得前车与本车保持目标车距。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有机器可读的指令，所述指令在由所述机器执行时使得所述机器执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
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