CN114516325B - 一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法和装置 - Google Patents

一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，获取本车车速和本车加速度，获取前车位置、前车车速和前车加速度，获取前车周围车辆信息，获取本车所在位置地图道路信息；记录本车所在道路信息、本车定位信息及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，建立时间序列信息与位置信息为相对道路的绝对坐标系；对前车未来轨迹进行推理，获取本车定位信息，判断本车进入路口接近模式；结合前车未来轨迹的预测信息，判断本车进入路口滑行模式；本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，对本车进行减速。同时还公开实现上述方法的装置。

Description

一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法和装置
技术领域
本发明涉及汽车智能驾驶技术领域，具体涉及一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法和装置。
背景技术
目前的高级辅助驾驶系统(AdvancedDriverAssistantSystem)的自适应巡航功能，是通过传感器获得前车的相对距离、速度，本车速度等信息结合目标跟车距离设定信息实时计算车辆的加速减速，从而实现跟车控制。当前在燃油车上装备的自适应巡航控制系统在城区使用时，易发生频繁的加速及制动，从而造成较高的油耗。以车辆接近路口的场景为例，有经验的驾驶员会选择在合适的时机滑行进入路口，而当前的自适应巡航系统在存在前车目标时，会以保持一定时距作为控制目标，若前车未进入滑行，则本车也难以进入滑行阶段，从而损失油耗，且可能会带来不舒适的制动体验。
公开号为CN106740842A的中国发明专利公开了一种用于自适应巡航系统的节油装置及方法，属于车辆技术领域。该装置包括：导航系统，用于为车辆自适应巡航提供路线信息及路口位置信息；摄像头，用于收集所述路口交通灯图像信息；图像处理单元，用于对所述图像信息进行处理，以判断所述路口交通灯信息；自适应巡航系统控制单元，收集并根据所述路线信息、路口位置信息、所述路口交通灯信息以及自车信息，判断所述车辆的动力输出需求，以控制所述车辆通过所述路口。本发明提供的节油装置及方法，最大限度的利用发动机自身拖拽来降低车速，尽可能减少制动介入，也可以提高乘员舒适性，能够有效地降低车辆在市区使用自适应巡航系统时的油耗。该方法通过导航系统、摄像头、以及图像处理单元，获得路线路口位置信息，判断所述路口交通灯信息，而后综合自车信息，判断所述车辆的动力需求，以控制车辆通过所述路口。其思路希望最大限度的利用发动机自身拖拽来降低车速，从而降低油耗，但是在市区道路经常会出现有目标前车，而且路口没有交通灯的情况，所以存在一定的局限性。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够基于对前车的轨迹预测实现本车滑行进入路口的功能，并能够降低能耗的基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，获取本车信息，本车信息包括本车车速和本车加速度，获取前车信息，前车信息包括前车位置、前车车速和前车加速度，获取前车周围车辆信息，前车周围车辆信息包括前车周围车辆位置、前车周围车辆车速、前车周围车辆加速度，获取本车所在位置的地图道路信息，记录本车所在道路信息、本车定位信息及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，对前车未来轨迹进行推理，获取本车定位信息，判断本车进入路口接近模式，结合前车未来轨迹的预测信息，判断本车进入路口滑行模式，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，对本车进行减速。
作为优化，在对前车未来轨迹进行推理并对本车发动机控制器发出停止扭矩指令的过程中，按照以下步骤执行：
(1)记录历史(2～4)s内的本车所在道路信息、本车定位信息以及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，而后基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，将前车和周围车辆历史信息转化为间隔(0.2～0.4)s，长度(2～4)s的时间序列信息与位置信息为相对道路的绝对坐标系；
(2)利用车端控制器的RNN结构的深度网络，对前车未来(7～9)s的轨迹进行推理，RNN结构的深度网络采用LSTM单元组成的编码器-解码器结构，输入信息为X,观测(3～5)s,时间序列从X1-X16，预测时长为(7～9)s，时间序列从Y1-Y41，公式(1)至公式(4)为RNN结构的输入和输出；
X＝(X1,X2,…,X16) (1)
X1＝(x,y,vx,vy,ax,ay,xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre) (2)
Y＝(Y1,Y2,…,Y41) (3)
Y1＝(xpre,ypre) (4)
其中x,y为道路坐标系下的前车纵向和横向位置信息，vx，vy为道路坐标系下的前车纵向速度和横向速度信息，ax，ay为道路坐标系下的前车纵向和横向加速度信息，xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre分别为前车周围车辆相对前车的纵向和横向位置信息，xpre,ypre为预测的前车纵向和横向位置信息；
(3)获取本车定位信息，结合地图道路信息计算本车与行驶方向相邻路口的间距，若间距小于(200～250)米，则进入路口接近模式；
(4)在路口接近模式中，结合前车未来轨迹的预测信息，通过公式(5)至公式(10)，计算在未来(7～9)s内本车是够进入路口滑行模式；
dtgt(ve)＝dstp+ve×Tthw (5)
dmin(ve)＝dstp+ve×(Tthw-Tl) (6)
dmax(ve)＝dstp+ve×(Tthw+Tr) (7)
ve(t+1)＝ve(t)-△t(Fr(ve(t)+mgsin(θ)) (8)
s(t+1)＝s(t)+ve(t)×△t (9)
d(t)＝xpre(t)-s(t) (10)
dtgt(ve)为根据时距计算的跟车目标距离，ve为本车车速，Tthw为目标时距，dstp为本车停止状态下与前车的最小距离，dmin(ve)为目标距离下限值，dmax(ve)为目标距离上限值，Fr(ve(t))为本车滑行阻力，m为本车质量，θ为坡度，△t为计算时间间隔，s(t)为本车积分位移，s(0)为0，xpre(t)为预测前车的纵向位置信息，d(t)为本车与前车距离；
若在(7～9)s范围内，预测前车减速，且d(t)在dmin(ve(t)),d(t)在dmax(ve(t))之间，则本车进入路口滑行模式；
(5)当本车进入路口滑行模式后，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，按照公式(11)至公式(13)进行加速度规划；
a(t)tgtacl＝Kdis×(dmax(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (11)
a(t)tgtdcl＝Kdis×(dmin(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (12)
a(t)tgt＝min(max(0,a(t)tgtacl),min(0,a(t)tgtdcl) (13)
a(t)tgt为规划目标加速度，a(t)tgtacl为以目标距离dmax(ve)规划的加速状态的加速值，a(t)tgtdcl为以目标距离dmin(ve)规划的减速状态加速度值，vp(t)为前车速度，Kdis，Kspd为增益；
(6)比较规划加速度与本车滑行加速度，当规划加速度a(t)tgt小于本车滑行加速度，本车辅助驾驶系统向本车底盘控制器发出目标减速度对本车进行减速。
作为优化，当本车进入路口滑行模式后，若本车停止，或本车通过路口，或本车与前车距离大于dmax(ve)或小于dmin(ve),则本车退出路口滑行模式。
作为优化，在步骤(4)中，若本车未进入路口滑行模式，按照公式(14)进行加速度规划；
a(t)tgt＝Kdis×(dtgt(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (14)。
一种实现基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法的电子设备，包括存储器，配置为存储可执行指令；
处理器，配置为执行存储器中存储的可执行指令，以实现上述的所述一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令执行上述的所述一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明基于地图、定位、以及感知信息获取道路特征信息以及周边车辆目标信息，首先根据道路信息计算同前方路口的距离，同时使用RNN网络对前车的轨迹进行预测，在达到距离路口范围后，基于设定的评价函数在车端控制器进行在机算，计算是否满足滑行条件，待满足滑行条件后停止向发动机输出扭矩请求，与此同时纵向规划模块仍然进行加速度规划，若规划加速度值低于滑行的减速度，则向底盘输出相应的制动指令，控制跟车距离在安全范围内。本发明可以适应城区路口场景中，存在前车的情况，基于对前车的轨迹预测实现滑行进入路口的功能，节约能耗。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明中前车行为轨迹预测RNN结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本具体实施方式中的一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，获取本车信息，本车信息包括本车车速和本车加速度，获取前车信息，前车信息包括前车位置、前车车速和前车加速度，获取前车周围车辆信息，前车周围车辆信息包括前车周围车辆位置、前车周围车辆车速、前车周围车辆加速度，获取本车所在位置的地图道路信息，记录本车所在道路信息、本车定位信息及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，对前车未来轨迹进行推理，获取本车定位信息，判断本车进入路口接近模式，结合前车未来轨迹的预测信息，判断本车进入路口滑行模式，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，对本车进行减速。
本具体实施方式中，在对前车未来轨迹进行推理并对本车发动机控制器发出停止扭矩指令的过程中，按照以下步骤执行：
(1)记录历史(2～4)s内的本车所在道路信息、本车定位信息以及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，而后基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，将前车和周围车辆历史信息转化为间隔(0.2～0.4)s，长度(2～4)s的时间序列信息与位置信息为相对道路的绝对坐标系；
(2)利用车端控制器的RNN结构的深度网络，对前车未来(7～9)s的轨迹进行推理，RNN结构的深度网络采用LSTM单元组成的编码器-解码器结构，输入信息为X,观测(3～5)s,时间序列从X1-X16，预测时长为(7～9)s，时间序列从Y1-Y41，公式(1)至公式(4)为RNN结构的输入和输出；
X＝(X1,X2,…,X16) (1)
X1＝(x,y,vx,vy,ax,ay,xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre) (2)
Y＝(Y1,Y2,…,Y41) (3)
Y1＝(xpre,ypre) (4)
其中x,y为道路坐标系下的前车纵向和横向位置信息，vx，vy为道路坐标系下的前车纵向速度和横向速度信息，ax，ay为道路坐标系下的前车纵向和横向加速度信息，xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre分别为前车周围车辆相对前车的纵向和横向位置信息，xpre,ypre为预测的前车纵向和横向位置信息；
(3)获取本车定位信息，结合地图道路信息计算本车与行驶方向相邻路口的间距，若间距小于(200～250)米，则进入路口接近模式；
(4)在路口接近模式中，结合前车未来轨迹的预测信息，通过公式(5)至公式(10)，计算在未来(7～9)s内本车是够进入路口滑行模式；
dtgt(ve)＝dstp+ve×Tthw (5)
dmin(ve)＝dstp+ve×(Tthw-Tl) (6)
dmax(ve)＝dstp+ve×(Tthw+Tr) (7)
ve(t+1)＝ve(t)-△t(Fr(ve(t)+mgsin(θ)) (8)
s(t+1)＝s(t)+ve(t)×△t (9)
d(t)＝xpre(t)-s(t) (10)
dtgt(ve)为根据时距计算的跟车目标距离，ve为本车车速，Tthw为目标时距，dstp为本车停止状态下与前车的最小距离，dmin(ve)为目标距离下限值，dmax(ve)为目标距离上限值，Fr(ve(t))为本车滑行阻力，m为本车质量，θ为坡度，△t为计算时间间隔，s(t)为本车积分位移，s(0)为0，xpre(t)为预测前车的纵向位置信息，d(t)为本车与前车距离；
若在(7～9)s范围内，预测前车减速，且d(t)在dmin(ve(t)),d(t)在dmax(ve(t))之间，则本车进入路口滑行模式；
(5)当本车进入路口滑行模式后，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，按照公式(11)至公式(13)进行加速度规划；
a(t)tgtacl＝Kdis×(dmax(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (11)
a(t)tgtdcl＝Kdis×(dmin(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (12)
a(t)tgt＝min(max(0,a(t)tgtacl),min(0,a(t)tgtdcl) (13)
a(t)tgt为规划目标加速度，a(t)tgtacl为以目标距离dmax(ve)规划的加速状态的加速值，a(t)tgtdcl为以目标距离dmin(ve)规划的减速状态加速度值，vp(t)为前车速度，Kdis，Kspd为增益；
(6)比较规划加速度与本车滑行加速度，当规划加速度a(t)tgt小于本车滑行加速度，本车辅助驾驶系统向本车底盘控制器发出目标减速度对本车进行减速。
本具体实施方式中，当本车进入路口滑行模式后，若本车停止，或本车通过路口，或本车与前车距离大于dmax(ve)或小于dmin(ve),则本车退出路口滑行模式。
本具体实施方式中，在步骤(4)中，若本车未进入路口滑行模式，按照公式(14)进行加速度规划；
a(t)tgt＝Kdis×(dtgt(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (14)。
一种实现基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法的电子设备，包括存储器，配置为存储可执行指令；
处理器，配置为执行存储器中存储的可执行指令，以实现上述的所述一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令执行上述的所述一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，其特征在于：获取本车信息，本车信息包括本车车速和本车加速度，获取前车信息，前车信息包括前车位置、前车车速和前车加速度，获取前车周围车辆信息，前车周围车辆信息包括前车周围车辆位置、前车周围车辆车速、前车周围车辆加速度，获取本车所在位置的地图道路信息，记录本车所在道路信息、本车定位信息及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，对前车未来轨迹进行推理，获取本车定位信息，判断本车进入路口接近模式，结合前车未来轨迹的预测信息，判断本车进入路口滑行模式，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，对本车进行减速；
在对前车未来轨迹进行推理并对本车发动机控制器发出停止扭矩指令的过程中，按照以下步骤执行：
(1)记录历史2s～4s内的本车所在道路信息、本车定位信息以及前车和前车周围车辆的相对位置信息和速度信息，而后基于本车定位信息、速度信息和加速度信息，结合本车所在道路信息和本车定位信息，将前车和周围车辆历史信息转化为间隔0.2s～0.4s，长度2s～4s的时间序列信息与位置信息为相对道路的绝对坐标系；
(2)利用车端控制器的RNN结构的深度网络，对前车未来s7～9s的轨迹进行推理，RNN结构的深度网络采用LSTM单元组成的编码器-解码器结构，输入信息为X,观测3s～5s,时间序列从X1-X16，预测时长为7s～9s，时间序列从Y1-Y41，公式(1)至公式(4)为RNN结构的输入和输出；
X＝(X1,X2,…,X16) (1)
X1＝(x,y,vx,vy,ax,ay,xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre) (2)
Y＝(Y1,Y2,…,Y41) (3)
Y1＝(xpre,ypre) (4)
其中x,y为道路坐标系下的前车纵向和横向位置信息，vx，vy为道路坐标系下的前车纵向速度和横向速度信息，ax，ay为道路坐标系下的前车纵向和横向加速度信息，xf,yf,xl,yl,xr,yr,xre,yre分别为前车周围车辆相对前车的纵向和横向位置信息，xpre,ypre为预测的前车纵向和横向位置信息；
(3)获取本车定位信息，结合地图道路信息计算本车与行驶方向相邻路口的间距，若间距小于200米～250米，则进入路口接近模式；
(4)在路口接近模式中，结合前车未来轨迹的预测信息，通过公式(5)至公式(10)，计算在未来7s～9s内本车是够进入路口滑行模式；
dtgt(ve)＝dstp+ve×Tthw (5)
dmin(ve)＝dstp+ve×(Tthw-Tl) (6)
dmax(ve)＝dstp+ve×(Tthw+Tr) (7)
ve(t+1)＝ve(t)-△t(Fr(ve(t)+mgsin(θ)) (8)
s(t+1)＝s(t)+ve(t) ×△t (9)
d(t)＝xpre(t)-s(t) (10)
dtgt(ve)为根据时距计算的跟车目标距离，ve为本车车速，Tthw为目标时距，dstp为本车停止状态下与前车的最小距离，dmin(ve)为目标距离下限值，dmax(ve)为目标距离上限值，Fr(ve(t))为本车滑行阻力，m为本车质量，θ为坡度，△t为计算时间间隔，s(t)为本车积分位移，s(0)为0，xpre(t)为预测前车的纵向位置信息，d(t)为本车与前车距离；
若在7s～9s范围内，预测前车减速，且d(t)在dmin(ve(t)),d(t)在dmax(ve(t))之间，则本车进入路口滑行模式；
(5)当本车进入路口滑行模式后，本车辅助驾驶系统向本车发动机控制器发出停止扭矩指令，按照公式(11)至公式(13)进行加速度规划；
a(t)tgtacl＝ Kdis×(dmax(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (11)
a(t)tgtdcl＝ Kdis×(dmin(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (12)
a(t)tgt＝min(max(0, a(t)tgtacl),min(0, a(t)tgtdcl) (13)
a(t)tgt为规划目标加速度，a(t)tgtacl为以目标距离dmax(ve)规划的加速状态的加速值，a(t)tgtdcl为以目标距离dmin(ve)规划的减速状态加速度值，vp(t)为前车速度，Kdis，Kspd为增益；
(6)比较规划加速度与本车滑行加速度，当规划加速度a(t)tgt小于本车滑行加速度，本车辅助驾驶系统向本车底盘控制器发出目标减速度对本车进行减速。
2.根据权利要求1所述的一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，其特征在于：当本车进入路口滑行模式后，若本车停止，或本车通过路口，或本车与前车距离大于dmax(ve)或小于dmin(ve),则本车退出路口滑行模式。
3.根据权利要求1所述的一种基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法，其特征在于：在步骤(4)中，若本车未进入路口滑行模式，按照公式(14)进行加速度规划；
a(t)tgt＝Kdis×(dtgt(ve)-d(t))+Kspd(vp(t)-ve(t)) (14)。
4.一种实现基于前车行为预测的自适应巡航滑行节油方法的电子设备，其特征在于：包括存储器，配置为存储可执行指令；
处理器，配置为执行存储器中存储的可执行指令，以实现根据权利要求1至3中任意一项所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于：所述计算机程序指令执行上述权利要求1至3中任意一项所述的方法。
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