CN110979324A - 一种智能驾驶中安全舒适高效的acc跟车速度规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，加速跟车时，自车的加速度很大，能很快的追上前车。随后，进入减速段，自车以较小的减速度，车速逐渐减速，慢慢的满足跟车距离的同时，也满足跟车速度的要求，接着，进入匀速阶段。在匀速阶段进行模糊控制，当与前车的碰撞距离在较小的区间时，不刹车也不给油；当碰撞距离较大时，适当的进行微调。此时，车上的乘客不会感觉到有明显的加油门或者刹车动作。当前车突然急刹车时，自车也会及时跟随刹车，从而能有效的避免与前车发生碰撞，保证了乘客和车辆的安全。当前车以不同的速度进行急加速或者急减速时，自车也能作出相应的响应，快速的在距离和速度上收敛。

Description

一种智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法

技术领域

本发明涉及智能驾驶系统的速度规划领域，更具体地说，涉及一种智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法。

背景技术

智能驾驶系统，一般分为感知模块，决策模块和控制模块。感知模块负责探测计算出周边环境的物体及其速度、距离等属性；决策模块根据感知结果，规划一条可通行的路径和期望的速度加速度；控制模块根据决策结果，控制车辆的方向盘转角和油门刹车。

在智能驾驶的ACC跟车过程中，往往需要根据前车的速度、距离等信息，进行自车的速度规划。不论前车在加速或者减速，还是以恒定速度行驶，自车都要能规划出合理的期望速度和期望加速度。然后将速度和加速度规划的结果给控制模块，进而控制车辆的刹车和油门，以保证两车的跟车距离始终维持在一定的时距内。

在ACC跟车过程中，需要保证一定的安全时距(一般为2s)。并且，当前车加速时，自车也要加速；当前车减速时，自车也要减速。除了保持稳定的跟车距离外，还要保证自车的乘车安全和舒适。以前的ACC跟车策略，存在一些问题，比如自车频繁加减速；追赶前车时，距离收敛慢；甚至安全方面的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是设计一种速度规划策略，基于感知到的前车的速度、距离等信息，同时根据自车的速度，规划出符合车辆运动学的期望速度和期望加速度，以较好的解决上述问题。

本发明解决其技术问题，本发明的技术方案主要基于六点进行设计处理：

(1)系统实时判断自车需要进入哪个阶段：是匀速阶段，还是加速阶段，还是减速阶段；

(2)加速段处理：当两车距离远超过安全跟车距离时，自车加速行驶；

(3)减速段处理：当两车距离小于安全跟车距离时，自车减速行驶；

(4)匀速段处理：自车车速基本保持和前车相同，并进行模糊处理；

(5)制动保护机制：前车突然急刹，后车触发紧急刹车机制；

(6)期望速度补偿：匀速阶段和减速阶段时，根据当前的和历史几帧的两车距离，对期望速度进行补偿。

具体而言，本发明设计的速度规划策略，解决了以下问题。

(1)加速跟车时，距离收敛慢，自车要追赶很久，才能进入稳定的跟车时距。对此，本专利采用分阶段处理的方式。

(2)跟车不稳定，频繁加减速。类似人开车时，一脚油门，一脚刹车，乘车体验感差。对此，本专利采用模糊处理的方式。

(3)减速跟车时，存在碰撞风险。特别是前车急刹，自车可能与前车发生碰撞。

实施本发明的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，具有以下有益效果：使用本发明的方法后，ACC跟车的效果有显著的提高，加速跟车时，自车的加速度很大，能很快的追上前车。随后，进入减速段，自车以较小的减速度，车速逐渐减速，慢慢的满足跟车距离的同时，也满足跟车速度的要求，接着，进入匀速阶段。在匀速阶段进行模糊控制，当与前车的碰撞距离在较小的区间时，不刹车也不给油；当碰撞距离较大时，适当的进行微调。此时，车上的乘客不会感觉到有明显的加油门或者刹车动作。当前车突然急刹车时，自车也会及时跟随刹车，从而能有效的避免与前车发生碰撞，保证了乘客和车辆的安全。并且，当前车以不同的速度进行急加速或者急减速时，自车也能作出相应的响应，快速的在距离和速度上收敛。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法一实施例的流程图；

图2是匀速阶段的处理流程图。

名词解释

ACC：Adaptive Cruise Control，自适应巡航控制。

碰撞距离：自车与前车的距离减去安全跟车距离。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本实施例公开了一种智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，包含如下步骤：

S1、开始进入ACC跟车逻辑，然后判断自车需要进入的阶段，若是匀速阶段，进入步骤S2，若是加速阶段，进入步骤S3，若是减速阶段，进入步骤S4；其中所述判断的判断条件具体如下。

匀速阶段：当碰撞距离s满足正负0.5s时距和3m的最大值，且速度vs满足正负3km/h时，认为处于匀速段。即：

|s|<max{0.5s*vs,3m}，且|vs-ve|<3Km/h；

加速阶段：情形一，自车速度vs小于前车速度ve；或者情形二：自车速度vs大于前车速度ve，且以恒定的减速度(b)，速度从vs减到ve的减速距离大于s。这两种均认为处于加速段；或者情形三：自车速度vs等于前车速度ve，s较大时，即：

vs<ve，或者vs>ve且(ve^2-vs^2)/(2*b)-ve*(ve-vs)/b<s，或者vs＝ve且s>max{0.5s*vs,3m}；

减速阶段：其他情况为减速阶段；

其中，vs为当前时刻的自车速度，ve为当前时刻的前车速度，s为当前时刻的碰撞距离。

参考图1，图1描述了ACC跟车的整个流程，其中，输入为前车的速度、距离和自车车速等信息；输出为速度规划后的期望速度和期望加速度。步骤S1中，所述判断自车需要进入的阶段的具体执行步骤为：

S11、判断自车是否需要进入匀速阶段，若是则进入匀速阶段，若否，则进入步骤S12；

S12、判断车辆是否需要进入加速阶段，若是，则进入加速阶段，若否，则进入步骤S13；

S13、进入减速阶段。

S2、进入ACC匀速跟车阶段，根据vp和va来控制自车运行；参考图2，步骤S2具体包括：

S21、判断|s|是否小于0.25s*vs且|vs-ve|<1.5Km/h，若否则进入步骤S22，否则将vp设定为ve，va设定为0来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，vp表示自车的期望速度，va表示自车的期望加速度；

S22、判断vs≥ve是否成立，若是则进入步骤S23，否则进入步骤S24；

S23、判断s是否大于0，若是则将vp设定为ve，va设定为-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1，若否，则将vp设定为ve-1m/s，va设定为1-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，pow(x,y)表示x的y次方。

S24、判断s是否大于0，若是则将vp设定为ve+1m/s，va设定为1-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1，若否，则将vp设定为ve，va设定为-pow(vs-ve，2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1。

在匀速阶段，采用模糊控制对自车进行控制运行，当自车与前车的碰撞距离在预设的范围内时，不刹车也不给油；自车与前车的碰撞距离不在预设的范围内时，对刹车和/或油门进行微调。

S3、根据预设的恒定加速度a进行加速，直至加速到vp，然后以预设的恒定加速度b进行减速，直至满足匀速阶段的要求，从而进入匀速阶段；其中|b|＜a，vp根据下述公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*a)+(ve^2-vp^2)/(2*b)＝s+((vp-vs)/a+(ve-vp)/b)*ve；

S4、当s≥1时，将vp设定为ve，va设定为b，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，b根据下述任意一个公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*b)＝s+(vp-vs)/b*ve；

b＝-pow(vs-ve,2)/(2*s)；

当s<-1时，设期望的速度为vp＝ve/2，va设定为b，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，b根据下述任意一个公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*b)-s＝(vp-vs)/b*ve；

b＝(-pow(vs,2)-pow(ve,2)*3/4+2*ve*vs)/(2*s)。

在减速阶段，由于感知给出的前车障碍物的速度不准，或者自车车身反馈的速度不准，可能造成后车速度大于前车速度，但两车的距离却越来越大。在匀速段，也存在类似的问题。因此，本发明在减速阶段和匀速阶段，根据当前帧和之前的几帧中的自车和前车的两车距离，计算出两车距离偏移量，然后进行线性查表得到速度偏移量，再将速度偏移量加在期望速度上，从而得出最终的期望速度来控制自车运行。

作为本发明的一种优选实施方式，步骤S23、步骤S24以及步骤S4中，在计算Va时，若是|s|<1，则将|s|赋值为1后再进行计算。

在车辆运行过程中，若是检测到前车突然急刹车，则控制后车也触发紧急刹车。后车紧急刹车时，这时期望速度vp＝0，va的取值根据不同的情况进行区分：

当s<max{s1-3m,vs*0.4s}时，va至少为-3m/s；

当s<max{s1-2.5m,vs*0.5s}时，va至少为-2m/s；

当s<max{s1-2m,vs*1.0s}时，va至少为-1m/s；

s1为最小安全跟车距离，例如s1＝10米，最小碰撞时间为ttc，vs*ttc表示最小碰撞距离。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、开始进入ACC跟车逻辑，然后判断自车需要进入的阶段，若是匀速阶段，进入步骤S2，若是加速阶段，进入步骤S3，若是减速阶段，进入步骤S4；其中所述判断的判断条件为：

匀速阶段：|s|<max{0.5s*vs,3m}，且|vs-ve|<3Km/h；

加速阶段：vs<ve，或者vs>ve且(ve^2-vs^2)/(2*b)-ve*(ve-vs)/b<s，或者vs＝ve且s>max{0.5s*vs,3m}；

减速阶段：其他情况为减速阶段；

其中，vs为当前时刻的自车速度，ve为当前时刻的前车速度，s为当前时刻的碰撞距离；

S2、进入ACC匀速跟车阶段，根据vp和va来控制自车运行；具体包括：

S21、判断|s|是否小于0.25s*vs且|vs-ve|<1.5Km/h，若否则进入步骤S22，否则将vp设定为ve，va设定为0来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，vp表示自车的期望速度，va表示自车的期望加速度；

S22、判断vs≥ve是否成立，若是则进入步骤S23，否则进入步骤S24；

S23、判断s是否大于0，若是则将vp设定为ve，va设定为-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1，若否，则将vp设定为ve-1m/s，va设定为1-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，pow(x,y)表示x的y次方；

S24、判断s是否大于0，若是则将vp设定为ve+1m/s，va设定为1-pow(vs-ve,2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1，若否，则将vp设定为ve，va设定为-pow(vs-ve，2)/(2*s)，来控制自车运行，然后继续运行S1；

S3、根据预设的恒定加速度a进行加速，直至加速到vp，然后以预设的恒定加速度b进行减速，直至满足匀速阶段的要求，从而进入匀速阶段；其中|b|＜a，vp根据下述公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*a)+(ve^2-vp^2)/(2*b)＝s+((vp-vs)/a+(ve-vp)/b)*ve；

S4、当s≥1时，将vp设定为ve，va设定为b，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，b根据下述任意一个公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*b)＝s+(vp-vs)/b*ve；

b＝-pow(vs-ve,2)/(2*s)；

当s<-1时，设期望的速度为vp＝ve/2，va设定为b，来控制自车运行，然后继续运行S1；其中，b根据下述任意一个公式求出：

(vp^2-vs^2)/(2*b)-s＝(vp-vs)/b*ve；

b＝(-pow(vs,2)-pow(ve,2)*3/4+2*ve*vs)/(2*s)。

2.根据权利要求1所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，步骤S1中，所述判断自车需要进入的阶段的具体执行步骤为：

S11、判断自车是否需要进入匀速阶段，若是则进入匀速阶段，若否，则进入步骤S12；

S12、判断车辆是否需要进入加速阶段，若是，则进入加速阶段，若否，则进入步骤S13；

S13、进入减速阶段。

3.根据权利要求1所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，步骤S23、步骤S24以及步骤S4中，在计算Va时，若是|s|<1，则将|s|赋值为1后再进行计算。

4.根据权利要求1所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，若是检测到前车突然急刹车，则控制后车也触发紧急刹车。

5.根据权利要求4所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，后车紧急刹车时，va的取值根据不同的情况进行区分：

当s<max{s1-3m,vs*0.4s}时，va至少为-3m/s；

当s<max{s1-2.5m,vs*0.5s}时，va至少为-2m/s；

当s<max{s1-2m,vs*1.0s}时，va至少为-1m/s；

s1为最小安全跟车距离，最小碰撞时间为ttc，vs*ttc表示最小碰撞距离。

6.根据权利要求1所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，在减速阶段和匀速阶段，根据当前帧和之前的几帧中的自车和前车的两车距离，计算出两车距离偏移量，然后进行线性查表得到速度偏移量，再将速度偏移量加在期望速度上，从而得出最终的期望速度来控制自车运行。

7.根据权利要求1所述的智能驾驶中安全舒适高效的ACC跟车速度规划方法，其特征在于，在匀速阶段，采用模糊控制对自车进行控制运行，当自车与前车的碰撞距离在预设的范围内时，不刹车也不给油；自车与前车的碰撞距离不在预设的范围内时，对刹车和/或油门进行微调。

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