CN113696892B - 一种车辆的自适应巡航滑模控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，包括以下步骤：根据主车与目标车数据构建坐标系；根据坐标系进行控制区域划分；设定滑模控制面的切换函数和趋近率；进行各个控制区域的参数设置；计算各控制区域的加减速度；优化区域划分并进行加减速度调整。上述技术方案采用滑模控制的自适应巡航兼顾了快速响应和鲁棒性的要求，并不依赖于非线性系统模型，设计的滑模运动坐标系，覆盖了时距控制的所有工况，坐标系的区域分区和不同分区的参数设置适配了不同区域的物理特性，Follow区域的设定和计算方式在一定程度上避免了滑模控制抖振现象，各个分区的权重计算方式，使得各个区域的切换面上更加平滑顺畅。
Description
技术领域
本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其涉及一种车辆的自适应巡航滑模控制方法。
背景技术
汽车主动安全技术愈发被重视和发展，自适应巡航控制作为主动安全技术领域中非常重要的一项功能，在传统定速巡航基础上结合了车距保持功能，利用车载雷达和前视摄像头探测前方行驶环境，能够在特定情况下取代驾驶员对刹车踏板和油门的控制，有效缓解驾驶员长期驾驶的疲劳问题，大幅度提高驾驶舒适性和安全性。
目前自适应巡航控制技术已发展较为成熟，能够实现定速和定时距的行车控制。针对自适应巡航控制的研究，主要集中在以下几个方向：一是环境感知，及目标选择和跟踪，由于自适应巡航对传感器(毫米波雷达，摄像头，激光雷达)采集的前方路况，目标信息有很大程度依赖性，因此提高传感器识别路况或目标精度会大大提高控制精度；二是对驾驶员行为特性研究，自适应巡航控制特性和驾驶员跟车特性的符合程度直接影响驾驶员驾乘感受，与之相关驾驶员行为特性包括驾驶员期望车距特性和动态跟车特性；三是对控制算法研究，控制多采用分层控制结构，上层控制重点描述驾驶员跟车行为特性，根据当前的行驶环境，以驾驶员跟车模型为依据，输出安全跟车的所需的期望加减速度，下层控制依据上层的期望加减速度，通过油门和制动来切换控制，使得车辆的实际加速度能够追踪期望加速度。因此上层控制算法计算的需求加速度尤为关键。并且主流电子车身稳定系统(ESC)端包含下层控制器，接受需求加减速和变化斜率即可。
自适应巡航系统的工作模式可以实现速度控制(定速巡航)和时距控制(车距保持)，定速巡航即无目标前车时按照设定的速度跟随行驶，时距控制根据行车工况不同，分为稳态跟车，前车急减速，前车急加速，旁车切入，前车切出，远处接近前车，主动避撞等工况，要求自适应巡航上层控制策略在各个工况之间切换时能快速响应，并输出合适的期望加减速度。
总的来说，自适应巡航的上层控制策略，要求在满足安全车距，加速度限值，前车加速度不可控，以及外界多种干扰的条件下，实现最佳跟踪控制性能和舒适性的要求。其中自适应巡航车辆的定速巡航和时距控制之间的，以及时距控制下各个工况之间的平滑过渡是控制的难点。
中国专利文献CN108437991A公开了一种“智能电动汽车自适应巡航控制系统及其方法”。采用了系统包括信息获取模块、工作模式选择模块、控制作用切换模块、期望力矩计算模块、转换器模块和执行器模块。提出安全距离控制策略、驱动/制动切换策略，采用基于神经模糊的反演滑模自适应巡航跟踪模式控制方法。上述技术方案难以对众多工况做到良好适配。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案难以对众多工况做到良好适配的技术问题，提供一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，采用滑模控制的自适应巡航兼顾了快速响应和鲁棒性的要求，并不依赖于非线性系统模型，设计的滑模运动坐标系，覆盖了时距控制的所有工况，坐标系的区域分区和不同分区的参数设置适配了不同区域的物理特性，Follow区域的设定和计算方式在一定程度上避免了滑模控制抖振现象，各个分区的权重计算方式，使得各个区域的切换面上更加平滑顺畅。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
S1根据主车与目标车数据构建坐标系；
S2根据坐标系进行控制区域划分；
S3设定滑模控制面的切换函数和趋近率；
S4进行各个控制区域的参数设置；
S5计算各控制区域的加减速度；
S6优化区域划分并进行加减速度调整。
作为优选，所述的步骤S1根据主车与目标车数据构建坐标系具体包括：横坐标ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，纵坐标RR＝主车车速-目标车车速。
作为优选，所述的步骤S2控制区域划分为5个区域，每个区域各自有一套调整参数来计算期望加减速度，具体包括：
第一象限：主车车速>目标车车速，期望车距>实际车距,主车应作相应的减速来保持距离和速度，此区域定义为AboveCatchUp区域；
第二象限：主车车速>目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速或减速保持车距和速度，此区域定义为OverShoot区域；
第三象限：主车车速<目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速来保持车距和车速，此区域定义为FallBack区域；
第四象限：主车车速<目标车车速，期望车距>实际车距,主车应加速或减速来保持车距和速度，此区域定义为CatchUp区域；
滑膜面：以fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长作小椭圆，(1+scale2)*fo_width为横轴轴长，(1+scale1)*fo_height为纵轴轴长作大椭圆；以fo_width＝0.5为横轴轴长，fo_height＝0.8为纵轴轴长作小椭圆，1.8*fo_width为横轴轴长，1.2*fo_height为纵轴轴长作大椭圆。
针对于以期望车距-实际车距为横坐标，以本车车速-目标车速为纵坐标，每个象限的状态点代表了不同的目标车和主车相对运动工况。滑模控制中出现不同情况需要调整不同的参数，为方便调整其中一个工况的参数而不影响其他工况参数(部分参数复用)，并且符合主车目标运动物理特性，因此在ΔR-RR坐标系中划分5个区域，每个区域各自有一套调整参数来计算期望加减速度。
作为优选，所述的步骤S3设定滑模控制面的切换函数为：
S＝α1ΔR+α2RR (1)
式中α1，α2为控制常数，ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，RR＝主车车速-目标车车速，滑模控制的控制方向为将S向0靠近，S＝0即为所期望的控制状态，即滑膜面；切换函数的设定满足滑动模态的渐进稳定性，也符合时距控制的目标要求。
根据变结构滑模控制理论，所选的趋近率需满足全局到达条件：SS‘≤0，即
选取一般趋近率：
其中K1，K2为常数项系数。趋近率的选择决定状态点在正常运动段的运动特性，此外选取原则是保证系统状态点远离切换面时具有较快的趋近速度，但过大趋近速度会导致剧烈抖振，需选择适当取趋近速度趋近切换面。对比等速趋近率，指数趋近率，幂次趋近率和一般趋近率，综合趋近率的幅值和S＝0附近的斜率，选取一般趋近率。
作为优选，所述的步骤S4首先进行总体参数设置：
将式(1)求导得：
式中Aego_req为本车期望的加减速值，Alead为目标车加减速度，α1，α2为控制参数，标定量；
将等速趋近率
代入(1)式得：
式中μ为常数
将第一部分
看作是加速度值，即得到
则引入a_lb为加速度值，a_lb为标定量；
将第二部分
看作是加速度值，且代入
得到
引入v_lb为速度值，v_lb为标定量；
第三部分Alead为目标加速度值；
将一般趋近率代入切换方程得到期望加速度的值为：
式中K1，K2为常数
作为优选，按照五个区域划分，对每个区域分别进行参数设定：
所述AboveCatchUp区域，参数设置包括：ACU区域的v_lb为v_catchupacu，ACU区域的a_lb为a_lb_acu；限制设置包括：ACU区域边界值为v_catchup_acu_edge：ACU区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述OverShoot区域，参数设置包括：OS区域的v_lb为v_fallbackos，OS区域的a_lb为a_LB_os；限制设置包括：FB区域边界值为v_fallbackfb，FB区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述FallBack区域，参数设置包括：FB区域的v_lb为v_fallbackfb，FB区域的a_lb为a_lb_fb；限制设置包括：FB区域边界值为v_fallbackfb，FB区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述CatchUp区域，参数设置包括：CU区域的v_lb为v_catchupcu，CU区域的a_lb为a_LB_cu；限制设置包括：CU区域边界值v_catchup_acu_edge，CU区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述Follow区域，参数设置包括：Follow区域的v_lb为v_Fallback_Wp，Follow区域的a_lb为a_lb_Wp；限制设置包括：fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长。
作为优选，所述的步骤S5计算各控制区域的加减速度具体包括根据ΔR-RR坐标中划分的5个区域，每个区域都计算各自的期望加速度值，再根据当前时刻处于坐标的位置决定每个期望加减速度的权重，将各个期望加减速度乘以权重后再相加，得到最终的加减速度。
作为优选，计算ΔR-RR坐标中划分的5个区域各自的期望加速度值gamma，根据ΔR和RR单独计算gdeltaR和gRR,
其中，gdeltaR为ΔR占比值，gRR为RR占比值；
gdeltaR＝gamma_min(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gamma_max(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
其中，Z为输入量RR或ΔR，Zref为输入量参考值，Zthrshld为输入量上下限制值，Range为目标距主车纵向距离，D_ref为期望的目标距主车纵向距离，D_ref_thrshld为期望的目标距主车纵向距离限值，RR为目标与主车的相对速度值；
得到
g_cu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_cu为CU区域权重值；
为了使所有gamma总和为1，进行比例缩放：
式中gamma_cu为比例缩放后的CU区域的权重值
AboveCatchUp区域：
gdeltaR＝gammamin(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
g_acu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_acu为CU区域权重值；
式中gamma_acu为比例缩放后的ACU区域的权重值；
Overshoot区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_os＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_os为OS区域权重值；
式中gamma_os为比例缩放后的OS区域的权重值；
fallback区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_fb＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_fb为FB区域权重值；
式中gamma_fb为比例缩放后的FB区域的权重值；
Follow区域：
gamma_fo为权重值；
若当前车况落在小椭圆内，gamma_fo＝1,落在大椭圆外，gamma_fo＝0,，在两个椭圆中间时，作过原点的直线，定义两条线段L1，L2如图3所示，
gamma_fo＝L1/(L1+L2)
SMCtrl计算得到最终的加速度为：
A_req＝A_cu*gamma_cu+A_acu*gamma_acu+A_os*gamma_os+A_fb*gamma_fb+A_fo*gamma_fo
A_req为最终期望加减速度值，A_cu，A_acu，A_os，A_fb，A_fo为各个区域计算的加减速。
作为优选，所述的步骤S6优化区域划分具体包括：分别做方程RR＝0.5ΔR和RR＝1,取两者的最小值，得到第一象限的分界线，上方为AboveCatchUp区域，下方为CatchUp区域；作RR＝-1，得到第三象限的分界线，上方为Overshoot区域，下方为FallBack区域。
作为优选，所述的优化区域划分后，当RR<0附近区域，仍会有acu权重，为了消除重叠部分，将cu和acu区域划分界限抬升v_catchup_acu_thrshld*0.5，得到
RR＝0.5ΔR+v_catchup_acu_thrshld*0.5
RR＝v_lb_cu+v_catchup_acu_thrshld*0.5。
本发明的有益效果是：采用滑模控制的自适应巡航兼顾了快速响应和鲁棒性的要求，并不依赖于非线性系统模型，设计的滑模运动坐标系，覆盖了时距控制的所有工况，坐标系的区域分区和不同分区的参数设置适配了不同区域的物理特性，Follow区域的设定和计算方式在一定程度上避免了滑模控制抖振现象，各个分区的权重计算方式，使得各个区域的切换面上更加平滑顺畅。
附图说明
图1是本发明的一种流程图。
图2是本发明的一种坐标系划分图。
图3是本发明的一种自适应巡航系统控制流程图
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1根据主车与目标车数据构建坐标系，数据包括：横坐标ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，纵坐标RR＝主车车速-目标车车速。
为解决定速巡航和时距控制之间的，以及时距控制下各个工况之间的平滑过渡的难点，设计如图3自适应巡航控制结构。感知模块基于摄像头或毫米波雷达获取主车前端行驶工况和目标信息，输入给目标选择模块进行目标的刷选、判断，选取主车行车轨迹上的目标A和B，左相邻车道目标C，右相邻车道目标D，以及切入目标E。分别对A-E目标进行滑模控制计算得到A-E目标需求加减速度。当主车行驶路径上目标A、B存在时，优先选择对A目标的时距控制，只有当A的类型是自行车或摩托车时，才会对目标B进行时距控制，当主车行驶路径上A、B目标不存在时，考虑无目标时对加减速度限制(输出一个较小的加速度值，受当前车速的影响)，考虑目标丢失时对加速度的限制，和对特殊的环岛场景的加减速处理(加速度上限处于一个较小值)，取三者最小值。取目标A,B,C,D,E需求加减速的最小值，与主车正常跟停前车的需求减速度取最大值，其中跟停前车的逻辑是在最后停车阶段控制车辆加减速至目标距离，对于当前不同距离查表得到对应的速度的，如在R＝4m时期望车速为0。最后计算对输出加减速的限制值，对加减速度的上限值由当前车速决定。定速巡航控制加减速度的计算以下三个主要部分组成，
(1)定速巡航的加速度
由比例控制得到:A_spdctrl＝V_delta*Kp
其中，V_delta为SetSpeed-VehicleSpeed,Kp由V_delta查表得到，范围在0.075-0.1之间。
SetSpeed：驾驶员设定巡航车速
VehicleSpeed：本车车速
Kp为PID控制的比例系数
(2)加速度变化率
正的加速度变化率由车速查表得到，大部分区间在1m/s^3，在车速较小时会增加到2m/s^3。
负的加速度变化率在没有踩下踏板时为-2m/s^3,踩下踏板时为-5m/s^3
(3)加速度上下限值
在当前车速和目标车速相差很大时，计算的加速度势必会非常大，加速度的上下限确保加速度在合理的范围内。
滑模控制计算得到对有目标的需求加减速度和PID控制得到巡航控制的加减速度，取最小值。最后计算加速度变化率限制值的模块，由于Longitudinal所计算的加速度由不同的参数和标志位决定，而这些参数和标志位会根据ACC状态变化，导致请求的加速度会有阶跃跳变的情况，为保证驾驶舒适性，需要告诉执行器限制加速度变化率。
JerkLimit的计算可分成4种情况：车辆加速时的上升斜率/下降斜率以及制动时的上升斜率/下降斜率，各个斜率的计算都是由基数与系数相乘得到。
S2根据坐标系进行控制区域划分，针对于以期望车距-实际车距为横坐标，以本车车速-目标车速为纵坐标，每个象限的状态点代表了不同的目标车和主车相对运动工况。滑模控制中出现不同情况需要调整不同的参数，为方便调整其中一个工况的参数而不影响其他工况参数(部分参数复用)，并且符合主车目标运动物理特性，因此在ΔR-RR坐标系中划分5个区域，每个区域各自有一套调整参数来计算期望加减速度。
控制区域划分为5个区域，每个区域各自有一套调整参数来计算期望加减速度，具体包括：
第一象限：主车车速>目标车车速，期望车距>实际车距,主车应作相应的减速来保持距离和速度，此区域定义为AboveCatchUp区域；
第二象限：主车车速>目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速或减速保持车距和速度，此区域定义为OverShoot区域；
第三象限：主车车速<目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速来保持车距和车速，此区域定义为FallBack区域；
第四象限：主车车速<目标车车速，期望车距>实际车距,主车应加速或减速来保持车距和速度，此区域定义为CatchUp区域；
滑膜面：以fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长作小椭圆，(1+scale2)*fo_width为横轴轴长，(1+scale1)*fo_height为纵轴轴长作大椭圆；以fo_width＝0.5为横轴轴长，fo_height＝0.8为纵轴轴长作小椭圆，1.8*fo_width为横轴轴长，1.2*fo_height为纵轴轴长作大椭圆。
S3设定滑模控制面的切换函数和趋近率，自适应巡航时距控制的目标为目标车与本车期望车距和实际车距保持相等，主车车速与目标车车速保持相等。因此设定图2的坐标系来表示正常运动和滑模运动区域，其中，横坐标ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，RR＝主车车速-目标车车速。设定滑模控制面的切换函数为：
S＝α1ΔR+α2RR (1)
式中α1，α2为控制常数。
滑模控制的控制方向就是将S向0靠近，S＝0即为所期望的控制状态，即滑膜面。该切换函数的设定满足滑动模态的渐进稳定性，也符合时距控制的目标要求。
趋近率的选择决定状态点在正常运动段的运动特性，根据变结构滑模控制理论，所选的趋近率需满足全局到达条件：SS‘≤0，即
此外选取原则是保证系统状态点远离切换面时具有较快的趋近速度，但过大趋近速度会导致剧烈抖振，需选择适当取趋近速度趋近切换面。对比等速趋近率，指数趋近率，幂次趋近率和一般趋近率，综合趋近率的幅值和S＝0附近的斜率，选取一般趋近率：
其中K1，K2为常数项系数。
S4进行各个控制区域的参数设置。
首先进行总体参数设置：
将式(1)求导得：
式中Aego_req为本车期望的加减速值，Alead为目标车加减速度，α1，α2为控制参数，标定量；
将等速趋近率
代入(1)式得：
式中μ为常数
将第一部分
看作是加速度值，即得到
则引入a_lb为加速度值，a_lb为标定量；
将第二部分
看作是加速度值，且代入
得到
引入v_lb为速度值，v_lb为标定量；
第三部分Alead为目标加速度值；
将一般趋近率代入切换方程得到期望加速度的值为：
式中K1，K2为常数
按照五个区域划分，对每个区域分别进行参数设定：
所述AboveCatchUp区域，参数设置包括：ACU区域的v_lb为v_catchupacu，ACU区域的a_lb为a_lb_acu；限制设置包括：ACU区域边界值为v_catchup_acu_edge：ACU区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述OverShoot区域，参数设置包括：OS区域的v_lb为v_fallbackos，OS区域的a_lb为a_LB_os；限制设置包括：FB区域边界值为v_fallbackfb，FB区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述FallBack区域，参数设置包括：FB区域的v_lb为v_fallbackfb，FB区域的a_lb为a_lb_fb；限制设置包括：FB区域边界值为v_fallbackfb，FB区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述CatchUp区域，参数设置包括：CU区域的v_lb为v_catchupcu，CU区域的a_lb为a_LB_cu；限制设置包括：CU区域边界值v_catchup_acu_edge，CU区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述Follow区域，参数设置包括：Follow区域的v_lb为v_Fallback_Wp，Follow区域的a_lb为a_lb_Wp；限制设置包括：fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长。
S5计算各控制区域的加减速度；根据ΔR-RR坐标中划分的5个区域。每个区域都计算各自的期望加速度值gamma，再根据当前时刻处于坐标的位置决定每个期望加减速度的权重，将各个期望加减速度乘以权重后再相加，得到最终的加减速度。根据计算各区域的权重的方式，来平滑各个工况切换。
根据ΔR和RR单独计算gdeltaR和gRR,
其中，gdeltaR为ΔR占比值，gRR为RR占比值；
gdeltaR＝gamma_min(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gamma_max(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
其中，Z为输入量RR或ΔR，Zref为输入量参考值，Zthrshld为输入量上下限制值，Range为目标距主车纵向距离，D_ref为期望的目标距主车纵向距离，D_ref_thrshld为期望的目标距主车纵向距离限值，RR为目标与主车的相对速度值；
得到
g_cu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_cu为CU区域权重值；
为了使所有gamma总和为1，进行比例缩放：
式中gamma_cu为比例缩放后的CU区域的权重值
AboveCatchUp区域：
gdeltaR＝gammamin(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
g_acu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_acu为CU区域权重值；
式中gamma_acu为比例缩放后的ACU区域的权重值；
Overshoot区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_os＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_os为OS区域权重值；
式中gamma_os为比例缩放后的OS区域的权重值；
fallback区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_fb＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_fb为FB区域权重值；
式中gamma_fb为比例缩放后的FB区域的权重值；
Follow区域：
gamma_fo为权重值；
若当前车况落在小椭圆内，gamma_fo＝1,落在大椭圆外，gamma_fo＝0,，在两个椭圆中间时，作过原点的直线，定义两条线段L1，L2如图3所示，
gamma_fo＝L1/(L1+L2)
SMCtrl计算得到最终的加速度为：
A_req＝A_cu*gamma_cu+A_acu*gamma_acu+A_os*gamma_os+A_fb*gamma_fb+A_fo*gamma_fo
A_req为最终期望加减速度值，A_cu，A_acu，A_os，A_fb，A_fo为各个区域计算的加减速度。
S6优化区域划分并进行加减速度调整。优化区域划分具体包括：分别做方程RR＝0.5ΔR和RR＝1,取两者的最小值，得到第一象限的分界线，上方为AboveCatchUp区域，下方为CatchUp区域；作RR＝-1，得到第三象限的分界线，上方为Overshoot区域，下方为FallBack区域。
优化区域划分后，当RR<0附近区域，仍会有acu权重，为了消除重叠部分，将cu和acu区域划分界限抬升v_catchup_acu_thrshld*0.5，得到
RR＝0.5ΔR+v_catchup_acu_thrshld*0.5
RR＝v_lb_cu+v_catchup_acu_thrshld*0.5。
自适应巡航系统的变滑模纵向控制装置的工作方法，具体步骤为：
(1)感知模块基于摄像头和毫米波雷达获取路况、目标信息；
(2)路况、目标信息打包输入给目标选择模块，进行筛选和判断，得到主车轨迹、左相邻车道、右相邻车道、以及切入的目标信息；
(3)利用变结构滑模控制理论，分别求解上述各个目标的需求加减速度，结合对不同目标、目标丢失场景仲裁得到有目标时的需求加减速度；
(4)由PID控制计算定速巡航(无目标时)的需求加减速度，对其加减速限制上下限和变化率；
(5)最后仲裁有目标和无目标需求加减速度，以及加减速变化率，输入给底层执行器执行。
所述的步骤(3)，(4)，(5)的具体实施细节为：
A.考虑到整车模型存在强非线性、时变、大干扰问题，选择变结构滑模控制，设计以期望距离与实际距离之差为横坐标，以主车速度与目标车速差为纵坐标的坐标系，设计滑模控制切换函数为：S＝α1ΔR+α2RR；
B.依照滑模控制理论趋近率选择的全局可达性原则，选择一般趋近率
保证状态点以较快速率趋近滑模面，并在一定程度削弱滑模控制抖振现象
C.坐标系的选择决定各个象限对应着时距控制的不同工况，因此对各个区域进行合理划分,依次为AboveCatchUp，OverShoot，FallBack，CatchUp，Follow区域，分析不同区域的物理特性重新修正区域；
D.为适配时距控制不同工况下需要调整不同参数，AboveCatchUp，OverShoot，FallBack，CatchUp区域设定不同的调整参数；
E.依次计算五个区域的期望加减速，根据状态点位置决定各个分区权重，AboveCatchUp，OverShoot，FallBack，CatchUp区域的权重按照定义的函数求得，Follow区域按照内外椭圆的方式求得，最终求和汇总得到总的期望加减速度；
F.无目标时的加减速由PID控制求得，与时距控制求得加减速做仲裁，并做相应的上下限制和斜率限制得到最终期望加减速。
上述提到的各个分区所占权重的计算具体步骤：
a.根据ΔR-RR坐标中划分的5个区域。每个区域都有各自Aego，再根据当前时刻的(ΔR,RR)处于坐标的位置决定每个Aego的权重，将各个Aego乘以权重gamma后再相加，得到最终的Aego；
b.以CatchUp区域为例，定义gamma_min，gamma_max函数，取两者函数值最小值，得到gamma值，为了使所有gamma总和为1，进行比例缩放
Follow区域权重计算：若当前车况落在小椭圆内，gamma_fo＝1,落在大椭圆外，gamma_fo＝0,在两个椭圆中间时，作过原点的直线，定义两条线段L1，L2，gamma_fo＝L1/(L1+L2)。
采用滑模控制的自适应巡航兼顾了快速响应和鲁棒性的要求，并不依赖于非线性系统模型，设计的滑模运动坐标系，覆盖了时距控制的所有工况，坐标系的区域分区和不同分区的参数设置适配了不同区域的物理特性；Follow区域的设定和计算方式在一定程度上避免了滑模控制抖振现象；各个分区的权重计算方式，使得各个区域的切换面上更加平滑/顺畅。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了滑模控制面、切换函数和趋近率等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1根据主车与目标车数据构建坐标系；
S2根据坐标系进行控制区域划分；
S3设定滑模控制面的切换函数和趋近率，所述步骤S3设定滑模控制面的切换函数为：
S＝α1ΔR+α2RR (1)
式中α1，α2为控制常数，ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，RR＝主车车速-目标车车速，滑模控制的控制方向为将S向0靠近，S＝0即为所期望的控制状态，即滑膜面；
根据变结构滑模控制理论，所选的趋近率需满足全局到达条件：SS‘≤0，即
选取一般趋近率：
其中K1，K2为常数项系数；
S4进行各个控制区域的参数设置，所述步骤S4首先进行总体参数设置：
将式(1)求导得：
式中Aego_req为本车期望的加减速值，Alead为目标车加减速度，α1，α2为控制参数，标定量；
将等速趋近率
代入(2)式得：
式中μ为常数；
将第一部分
看作是加速度值，即得到
则引入a_lb为加速度值，a_lb为标定量；
将第二部分
看作是加速度值，且代入
得到
引入v_lb为速度值，v_lb为标定量；
第三部分Alead为目标加速度值；
将一般趋近率代入切换方程得到期望加速度的值为：
式中K1，K2为常数；
2.根据权利要求1所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S1根据主车与目标车数据构建坐标系具体包括：横坐标ΔR＝期望目标车与主车车距-实际目标车与主车车距，纵坐标RR＝主车车速-目标车车速。
3.根据权利要求2所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S2控制区域划分为5个区域，每个区域各自有一套调整参数来计算期望加减速度，具体包括：
第一象限：主车车速>目标车车速，期望车距>实际车距,主车应作相应的减速来保持距离和速度，此区域定义为AboveCatchUp区域；
第二象限：主车车速>目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速或减速保持车距和速度，此区域定义为OverShoot区域；
第三象限：主车车速<目标车车速，期望车距<实际车距,主车应加速来保持车距和车速，此区域定义为FallBack区域；
第四象限：主车车速<目标车车速，期望车距>实际车距,主车应加速或减速来保持车距和速度，此区域定义为CatchUp区域；
滑膜面：以fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长作小椭圆，(1+scale2)*fo_width为横轴轴长，(1+scale1)*fo_height为纵轴轴长作大椭圆；以fo_width＝0.5为横轴轴长，fo_height＝0.8为纵轴轴长作小椭圆，1.8*fo_width为横轴轴长，1.2*fo_height为纵轴轴长作大椭圆。
4.根据权利要求3所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，按照五个区域划分，对每个区域分别进行参数设定：
所述AboveCatchUp区域，参数设置包括：AboveCatchUp区域的v_lb为v_catchupacu，AboveCatchUp区域的a_lb为a_lb_acu；限制设置包括：AboveCatchUp区域边界值为v_catchup_acu_edge：AboveCatchUp区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述OverShoot区域，参数设置包括：OverShoot区域的v_lb为v_fallbackos，OverShoot区域的a_lb为a_LB_os；限制设置包括：OverShoot区域边界值为v_fallbackfb，OverShoot区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述FallBack区域，参数设置包括：FallBack区域的v_lb为v_fallbackfb，FallBack区域的a_lb为a_lb_fb；限制设置包括：FallBack区域边界值为v_fallbackfb，FallBack区域上下限值为v_fallbackfb_thrshld；
所述CatchUp区域，参数设置包括：CatchUp区域的v_lb为v_catchupcu，CatchUp区域的a_lb为a_LB_cu；限制设置包括：CatchUp区域边界值v_catchup_acu_edge，CatchUp区域上下限值为v_catchup_acu_thrshld；
所述Follow区域，参数设置包括：Follow区域的v_lb为v_Fallback_Wp，Follow区域的a_lb为a_lb_Wp；限制设置包括：fo_width为横轴轴长，fo_height为纵轴轴长。
5.根据权利要求1所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S5中计算ΔR-RR坐标中划分的5个区域各自的期望加速度值gamma，根据ΔR和RR单独计算gdeltaR和gRR,
其中，gdeltaR为ΔR占比值，gRR为RR占比值；
gdeltaR＝gamma_min(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gamma_max(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
其中，Z为输入量RR或ΔR，Zref为输入量参考值，Zthrshld为输入量上下限制值，Range为目标距主车纵向距离，D_ref为期望的目标距主车纵向距离，D_ref_thrshld为期望的目标距主车纵向距离限值，RR为目标与主车的相对速度值；
得到
g_cu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_cu为CatchUp区域权重值；
为了使所有gamma总和为1，进行比例缩放：
式中gamma_cu为比例缩放后的CatchUp区域的权重值AboveCatchUp区域：
gdeltaR＝gammamin(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,v_catchup_acu_edge,v_catchup_acu_thrshld)
g_acu＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_acu为CatchUp区域权重值；
式中gamma_acu为比例缩放后的AboveCatchUp区域的权重值；
Overshoot区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_os＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_os为OverShoot区域权重值；
式中gamma_os为比例缩放后的OverShoot区域的权重值；
fallback区域：
gdeltaR＝gammamax(Range,D_ref,D_ref_thrshld)
gRR＝gammamin(RR,-v_fallbackfb,v_fallbackfb_thrshld)
g_fb＝min(gdeltaR,gRR)
式中g_fb为FallBack区域权重值；
式中gamma_fb为比例缩放后的FallBack区域的权重值；
Follow区域：
gamma_fo为权重值；
若当前车况落在小椭圆内，gamma_fo＝1,落在大椭圆外，gamma_fo＝0，在两个椭圆中间时，作过原点的直线，定义两条线段L1，L2，
gamma_fo＝L1/(L1+L2)
SMCtrl计算得到最终的加速度为：
A_req＝A_cu*gamma_cu+A_acu*gamma_acu+A_os*gamma_os+A_fb*gamma_fb+A_fo*gamma_fo
A_req为最终期望加减速度值，A_cu，A_acu，A_os，A_fb，A_fo为各个区域计算的加减速度。
6.根据权利要求4所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S6优化区域划分具体包括：分别做方程RR＝0.5ΔR和RR＝1,取两者的最小值，得到第一象限的分界线，上方为AboveCatchUp区域，下方为CatchUp区域；作RR＝-1，得到第三象限的分界线，上方为Overshoot区域，下方为FallBack 区域。
7.根据权利要求6所述的一种车辆的自适应巡航滑模控制方法，其特征在于，所述优化区域划分后，当RR<0附近区域，仍会有AboveCatchUp权重，为了消除重叠部分，将CatchUp和AboveCatchUp区域划分界限抬升v_catchup_acu_thrshld*0.5，得到
RR＝0.5ΔR+v_catchup_acu_thrshld*0.5
RR＝v_lb_cu+v_catchup_acu_thrshld*0.5。
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