CN111267847A - 一种个性化的自适应巡航控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种个性化的自适应巡航控制系统，包括巡航控制开关，数据采集模块，驾驶员个性辨识模块，个性化ACC控制模块和车辆执行机构。驾驶员通过巡航控制开关一键启动ACC系统；数据采集模块利用轮速传感器、毫米波雷达、摄像头、制动/加速踏板位置传感器、节气门位置传感器；将采集的数据信号输入驾驶员个性辨识模块对驾驶员个性在线辨识；个性化ACC控制模块根据辨识结果调节控制参数，对不同类型的驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，最后由车辆执行机构控制输出驾驶员期望加速度和期望扭矩，目的是使ACC系统表现出来的的驾驶行为更加接近实际驾驶员的驾驶风格，满足驾驶员的舒适性需求。

Description

一种个性化的自适应巡航控制系统

技术领域

本发明涉及智能辅助驾驶技术领域，具体为一种个性化的自适应巡航控制系统。

背景技术

自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control，简称ACC)是先进智能辅助驾驶系统的重要组成部分之一，随着科技的发展，ACC系统在中高档汽车上的应用越来越广泛。ACC系统通过控制车辆的速度和车间时距使车辆在跟驰过程中实现一定程度的自动驾驶，从而减轻驾驶员的负担以及减少交通事故的发生。

目前汽车上对ACC系统的操作部件一般集成在多功能方向盘或方向盘后方的拨杆上，驾驶员通过按键或拨动拨杆启动ACC系统后，还需要手动操作按钮和拨杆设定期望车速和期望车距，参数设定复杂，操作繁琐，学习成本高；同时不同个性驾驶员在速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式中的期望速度、加速度变化历程和期望车间时距有很大差异，例如，在距离跟随模式中，激进型驾驶员期望车间时距比稳健型驾驶员的期望车间时距小，一般型驾驶员的期望车间时距位于两者之间，而现有ACC系统的控制参数固定，无法对驾驶员采用个性化的控制方式，不能满足不同个性驾驶员的舒适性需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种个性化的自适应巡航控制系统，目的是通过一键激发ACC系统，减轻驾驶员操作负担，提高驾驶安全性；同时使ACC系统的控制参数可以根据不同类型的驾驶员进行调节，采用个性化ACC控制方式，对不同个性的驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，使ACC系统表现出来的的驾驶行为更加接近实际驾驶员的驾驶风格，满足驾驶员的舒适性需求。

本发明提供的技术方案为：

一种个性化的自适应巡航控制系统，包括巡航控制开关按键、数据采集模块、驾驶员个性辨识模块、个性化ACC控制单元和车辆执行机构；巡航控制开关按键用于一键启动ACC系统，数据采集模块采集驾驶员在行驶过程中的数据信号，并将采集的数据发送到驾驶员个性辨识模块，驾驶员个性辨识模块对数据信号进行分析处理后，得到当前驾驶员的驾驶类型并将辨识结果发送给个性化ACC控制单元，个性化ACC控制单元调节控制参数对不同个性驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，最后通过车辆执行机构输出驾驶员期望加速度和期望扭矩。

优选的，所述数据采集模块所使用的传感器包括：轮速传感器、毫米波雷达、摄像头、制动/加速踏板位置传感器、节气门位置传感器。

优选的，所述数据采集模块采集的数据信号包括：主车的纵向速度、纵向加速度、制动压力、节气门开度、主车与前车的相对速度、相对距离、相对加速度信号及前车位置。

优选的，所述驾驶员个性辨识模块内部建立有多维高斯隐马尔科夫模型对驾驶员的类型进行辨识，将采集到的数据信号经预处理、驾驶习性特征提取、离线分类后输入驾驶员个性辨识模块，采用Baum-Welch算法和前向后向算法对驾驶员类型进行辨识；驾驶人个性的辨识结果驾驶员为激进型、一般型和稳健型三种类型；辨识结束后将本车驾驶员个性保存在存储单元。

优选的，所述ACC系统的控制参数具体包括以下：

(1)速度跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方没有行驶车辆，主车按照驾驶员设定的速度行驶，由当前车速加速/减速至设定巡航车速，不同个性驾驶员在巡航阶段加速过程不同，其期望速度变化历程有很大差异，以指数形式表征车辆的速度变化历程，通过调整控制参数β使不同个性驾驶员有不同的速度跟随过程，具体如下：

V^*(k+1|k)＝ΔV_h(k)[1-exp(βt)]+V_h(k) (2)

式中：V_des(k+1|k)是由后车由当前k时刻得到的下一(k+1)时刻的期望车速；

ΔV_h为速度误差；V_h(k)为当前车速；ΔV_thre为阈值参数；

β为能够体现不同速度变化过程的模型参数，通过调整该控制参数实现个性化速度跟随模式；

(2)距离跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方有行驶车辆时，主车根据相对距离-相对速度偏差将工作模式切换为距离跟随模式；若检测到前车的速度小于主车的速度时，ACC控制单元通过车辆执行机构使主车减速行驶，直至两车的相对速度为零，始终与前车保持一定的安全距离；车辆距离跟随模式中的加速度表达为以下形式：

a_h(t)＝f(Δx(t),Δv(t),v(t)) (3)

假定存在跟车平衡点，此时相对车速为零，间距即为期望跟车距离：

a_h*＝0 (4)

ΔX^*＝g(V_h ^*＝V₁ ^*) (5)

将跟驰模型在平衡点处泰勒展开得：

记：

得跟驰模型：

3、间距保持模式

当主车与前车的相对距离达到驾驶员的期望车间距时，主车将与前车保持稳定的距离行驶；不同个性驾驶员的期望跟车时距不同，如激进型驾驶员跟车时距最小，稳健型驾驶员最大，一般型驾驶员的跟车时距位于两者之间；不同个性驾驶员通过调整跟车时距实现不同的间距保持模式，期望车间距可表达为以下形式：

d_des＝τv_h+d₀ (8)

式中：τ为跟车时距，直接体现不同驾驶员的个性，调整该控制参数实现不同的距离跟随模式；

d₀为最小安全间距；v_h为主车行驶速度。

本发明采用上述的技术方案，与现有技术相比，本发明提供的一种个性化的自适应巡航控制系统，具有以下技术效果：

1、驾驶员通过巡航控制开关按键一键激发ACC系统，避免了复杂的参数设定，简化操作方式，减轻驾驶员负担，提高驾驶安全性。

2、根据传感器采集的数据信号对驾驶员类型进行在线辨识，由辨识结果调节ACC系统的控制参数，从而输出个性化的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，使ACC系统表现出来的的驾驶行为更加接近实际驾驶员的驾驶风格，满足不同个性驾驶员的舒适性需求，提高驾驶员的驾驶体验。

附图说明

图1为本发明的一种个性化的自适应巡航控制系统的流程图；

图2为本发明的一种个性化的自适应巡航控制系统控制策略图。

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了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

如图1-2所示，本实施例提供了一种个性化的自适应巡航控制系统，所述系统包括：巡航控制开关按键，数据采集模块，驾驶员个性辨识模块、个性化ACC控制单元和车辆执行机构。

巡航控制开关按键用于一键启动ACC系统，数据采集模块采集驾驶员在行驶过程中的数据信号，并将采集的数据发送到驾驶员个性辨识模块，驾驶员个性辨识模块对数据信号进行分析处理后，对当前驾驶员的驾驶类型进行辨识并将辨识结果发送给个性化ACC控制单元，ACC控制单元根据驾驶员类型调节控制参数，对不同个性驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，最后通过车辆执行机构输出驾驶员期望加速度和期望扭矩。

请参阅图1，个性化自适应巡航控制系统的流程具体包括以下步骤：

S1、当驾驶员需要使用ACC时，通过巡航控制开关按键一键激发ACC系统；

S2、数据采集模块利用传感器采集主车在行驶中的数据信号；

ACC系统开启后，数据采集模块采集驾驶员在纵向行驶过程的数据信号。

采集数据使用的传感器包括：轮速传感器、毫米波雷达、摄像头、制动/加速踏板位置传感器、节气门位置传感器；

采集的数据信号包括：主车的纵向速度、纵向加速度、制动压力、节气门开度、主车与前车的相对速度、相对距离以及前车的位置；

S3、将数据信号输入多维高斯隐马尔科夫模型对驾驶员的类型进行辨识；

驾驶人的驾驶习性是一系列不可见的内在状态，而围绕驾驶人动作和车辆状态的人-车-环境状态则是随时间变化而呈现出来的一些列外在可观测序列。此外，这样一种内在状态不仅可以呈现出相应的外在观察序列，并且具有一定的传递至下一内在状态的概率。驾驶习性的内在状态和外在观察序列，完全可以利用外特性的观察序列对其进行辨识，并且由于驾驶人对于车辆的操作输入是连续观测量，需采用多维高斯隐马尔科夫模型来进行辨识，建立稳健型、一般型和激进型驾驶人习性辨识模型。

将采集到的数据信号经预处理、驾驶习性特征提取、离线分类后输入驾驶员个性在线辨识模型，采用Baum-Welch算法和前向后向算法对驾驶员个性进行辨识。驾驶员个性的辨识结果为激进型、一般型和稳健型三种类型。辨识结束后系统将把本车驾驶员个性保存在存储单元中。

S4、ACC控制单元接收到驾驶员个性辨识结果，根据驾驶员类型调节系统的控制参数，对不同个性驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，计算出当前驾驶员的期望速度和期望车间距，并将控制信号发送至车辆执行机构。

其中个性化控制参数和工作模式包括如下：

1、速度跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方没有行驶车辆，主车按照驾驶员设定的速度行驶，由当前车速加速/减速至设定巡航车速，不同个性驾驶员在巡航阶段加速过程不同，其期望速度变化历程有很大差异，以指数形式表征车辆的速度变化历程，通过调整控制参数β使不同个性驾驶员有不同的速度跟随过程，具体如下：

V^*(k+1|k)＝ΔV_h(k)[1-exp(βt)]+V_h(k) (2)

式中：V_des(k+1|k)是由后车由当前k时刻得到的下一(k+1)时刻的期望车速；

ΔV_h为速度误差；V_h(k)为当前车速；ΔV_thre为阈值参数；

β为能够体现不同速度变化过程的模型参数，通过调整该控制参数实现个性化速度跟随模式；

2、距离跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方有行驶车辆时，主车根据相对距离-相对速度偏差将工作模式切换为距离跟随模式。若检测到前车的速度小于主车的速度时，ACC控制单元通过车辆执行机构使主车减速行驶，直至两车的相对速度为零，始终与前车保持一定的安全距离。车辆距离跟随模式中的加速度表达为以下形式：

a_h(t)＝f(Δx(t),Δv(t),v(t)) (3)

假定存在跟车平衡点，此时相对车速为零，此时的间距即为期望跟车距离：

a_h*＝0 (4)

ΔX^*＝g(V_h ^*＝V₁ ^*) (5)

将跟驰模型在平衡点处泰勒展开得：

记：

得跟驰模型：

3、间距保持模式

当主车与前车的相对距离达到驾驶员的期望车间距时，主车将与前车保持稳定的距离行驶。不同个性驾驶员的期望跟车时距不同，如激进型驾驶员跟车时距最小，稳健型驾驶员最大，一般型驾驶员的跟车时距位于两者之间。不同个性驾驶员通过调整跟车时距实现不同的间距保持模式，期望车间距可表达为以下形式：

d_des＝τv_h+d₀ (8)

式中：τ为跟车时距，直接体现不同驾驶员的个性，调整该控制参数实现不同的距离跟随模式；

d₀为最小安全间距；v_h为主车行驶速度；

S5、车辆执行机构接收ACC系统的控制信号后，根据ACC控制单元计算的期望速度和期望跟车间距，输出驾驶员期望加速度和期望扭矩。

当ACC系统判断需要加速时，执行机构通过发动机控制系统调整节气门开度，使车辆加速至驾驶员期望速度；当ACC系统判断需要减速时，执行机构通过制动防抱死系统对车轮实施制动，始终与前车保持安全距离。

驾驶员再次使用ACC时，控制系统根据已保存的驾驶员类型，自动进行个性化ACC控制，保证本车的纵向速度和跟车时距满足驾驶员的期望值，提高驾驶舒适性。

本发明通过巡航控制开关按键一键激发ACC系统，避免了复杂的参数设定，简化操作方式，减轻驾驶员负担，提高驾驶安全性。根据传感器采集的数据信号对驾驶员类型进行在线辨识，由辨识结果调节ACC系统的控制参数，从而输出个性化的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，使ACC系统表现出来的的驾驶行为更加接近实际驾驶员的驾驶风格，满足不同个性驾驶员的舒适性需求。

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种个性化的自适应巡航控制系统，其特征在于，包括巡航控制开关按键、数据采集模块、驾驶员个性辨识模块、个性化ACC控制单元和车辆执行机构；巡航控制开关按键用于一键启动ACC系统，数据采集模块采集驾驶员在行驶过程中的数据信号，并将采集的数据发送到驾驶员个性辨识模块，驾驶员个性辨识模块对数据信号进行分析处理后，得到当前驾驶员的驾驶类型并将辨识结果发送给个性化ACC控制单元，个性化ACC控制单元调节控制参数对不同个性驾驶员采用不同的速度跟随模式、距离跟随模式和间距保持模式，最后通过车辆执行机构输出驾驶员期望加速度和期望扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种个性化的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述数据采集模块所使用的传感器包括：轮速传感器、毫米波雷达、摄像头、制动/加速踏板位置传感器、节气门位置传感器。

3.根据权利要求1所述的一种个性化的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的数据信号包括：主车的纵向速度、纵向加速度、制动压力、节气门开度、主车与前车的相对速度、相对距离、相对加速度信号及前车位置。

4.根据权利要求1所述的一种个性化的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述驾驶员个性辨识模块内部建立多维高斯隐马尔科夫模型对驾驶员的类型进行辨识，将采集到的数据信号经预处理、驾驶习性特征提取、离线分类后输入驾驶员个性辨识模块，采用Baum-Welch算法和前向后向算法对驾驶员类型进行辨识；驾驶人个性的辨识结果驾驶员为激进型、一般型和稳健型三种类型；辨识结束后将本车驾驶员个性保存在存储单元。

5.根据权利要求1所述的一种个性化的自适应巡航控制系统，其特征在于，ACC系统的控制参数具体包括以下：

1)速度跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方没有行驶车辆，主车按照驾驶员设定的速度行驶，由当前车速加速/减速至设定巡航车速，不同个性驾驶员在巡航阶段加速过程不同，其期望速度变化历程有很大差异，以指数形式表征车辆的速度变化历程，通过调整控制参数β使不同个性驾驶员有不同的速度跟随过程，具体如下：

V^*(k+1|k)＝ΔV_h(k)[1-exp(βt)]+V_h(k) (2)

式中：V_des(k+1|k)是由后车由当前k时刻得到的下一(k+1)时刻的期望车速；

ΔV_h为速度误差；V_h(k)为当前车速；ΔV_thre为阈值参数；

β为能够体现不同速度变化过程的模型参数，通过调整该控制参数实现个性化速度跟随模式；

(2)距离跟随模式

当雷达传感器检测到主车前方有行驶车辆时，主车根据相对距离-相对速度偏差将工作模式切换为距离跟随模式；若检测到前车的速度小于主车的速度时，ACC控制单元通过车辆执行机构使主车减速行驶，直至两车的相对速度为零，始终与前车保持一定的安全距离；车辆距离跟随模式中的加速度表达为以下形式：

a_h(t)＝f(Δx(t),Δv(t),v(t)) (3)

假定存在跟车平衡点，此时相对车速为零，间距即为期望跟车距离：

a_h*＝0 (4)

ΔX^*＝g(V_h ^*＝V₁ ^*) (5)

将跟驰模型在平衡点处泰勒展开得：

记：

得跟驰模型：

3、间距保持模式

当主车与前车的相对距离达到驾驶员的期望车间距时，主车将与前车保持稳定的距离行驶；不同个性驾驶员的期望跟车时距不同，如激进型驾驶员跟车时距最小，稳健型驾驶员最大，一般型驾驶员的跟车时距位于两者之间；不同个性驾驶员通过调整跟车时距实现不同的间距保持模式，期望车间距可表达为以下形式：

d_des＝τv_h+d₀ (8)

式中：τ为跟车时距，直接体现不同驾驶员的个性，调整该控制参数实现不同的距离跟随模式；

d₀为最小安全间距；v_h为主车行驶速度。

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