CN116588098A - 基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法、系统及设备，所述方法包括：在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，确定目标行驶里程信息，实时地获取车辆的当前剩余续驶里程信息；根据目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息确定节能系数；根据节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵；根据权重矩阵确定当前时刻的期望加速度；在节能系数处于预设阈值范围内时，根据当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。本发明根据导航所需目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息实时计算节能系数，根据节能系数调整自适应巡航系统的跟车控制方式，实现车辆自适应巡航系统安全性与经济性的协调。

Description

基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及自适应巡航技术领域，尤其涉及一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法、系统及设备。

背景技术

自适应巡航系统作为汽车先进驾驶辅助系统的重要组成部分，是实现自动驾驶的基础，国内外的汽车企业越来越重视对于汽车自适应巡航系统的控制理论的研究。目前关于自适应巡航系统的研究多从提高行驶安全性和驾乘人员舒适性的角度出发，进行定速巡航控制器和自适应巡航控制器的开发。

现有技术中，当车辆进入节能控制模式后，对汽车进行多项控制，包括最高车速限制、扭矩外特性限制，不仅对车辆的运动性能影响较大，还不能够根据车辆实时的节能需求调整节能模式的控制效果。因此，如何实现车辆自适应巡航系统安全性与经济性的协调成为一个亟待解决的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法、系统及设备，旨在解决如何实现车辆自适应巡航系统安全性与经济性的协调的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法包括：

在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息；

根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续驶里程信息确定节能系数；

根据所述节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵；

根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度；

在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

可选地，所述根据所述节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵的步骤之前，包括：

获取导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后的车辆节能系数；

通过预设的模糊控制规则构建模糊控制器；

将所述车辆节能系数输入至所述模糊控制器中，以获得不同节能需求下对应的状态权重矩阵中权重系数和控制权重矩阵中权重系数。

可选地，所述根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度的步骤之前，还包括：

获取自车状态信息和前车状态信息；

根据所述自车状态信息和所述前车状态信息建立车辆跟随模型。

可选地，所述根据所述自车状态信息和所述前车状态信息建立车辆跟随模型的步骤之后，还包括：

基于所述车辆跟随模型确定系统状态量、系统控制量及系统扰动量，并根据所述系统状态量、所述系统控制量及所述系统扰动量建立自适应巡航系统对应的跟车状态空间方程。

可选地，所述根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度的步骤，包括：

基于所述节能系数根据所述权重矩阵通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

可选地，所述基于所述节能系数根据所述权重矩阵通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度的步骤，包括：

获取自车速度信息、前车速度信息、自车加速度信息、前车加速度信息、自车与前车的相对车距信息、自车与前车的安全车距信息；

基于所述节能系数根据所述权重矩阵、所述自车速度信息、所述前车速度信息、所述自车加速度信息、所述前车加速度信息、所述自车和前车的相对车距信息及所述自车与前车的安全车距信息通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统包括：

获取模块，用于在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息；

确定模块，用于根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续驶里程信息确定节能系数；

所述确定模块，还用于根据所述节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵；

所述确定模块，还用于根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度；

控制模块，用于在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序配置为实现如上文所述的基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序被处理器执行时实现如上文所述的基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法的步骤。

本发明首先在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息，然后根据目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息确定节能系数，之后根据节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵，最后根据权重矩阵确定当前时刻的期望加速度，在节能系数处于预设阈值范围内时，根据当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。相较于现有技术中当车辆进入节能控制模式后，对汽车进行多项控制，包括最高车速限制、扭矩外特性限制，不仅对车辆的运动性能影响较大，还不能够根据车辆实时的节能需求调整节能模式的控制效果，而本发明根据导航所需目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息实时计算当下的节能系数，并根据节能系数调整自适应巡航系统的跟车控制方式，实现车辆自适应巡航系统安全性与经济性的协调。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备的结构示意图；

图2为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的自适应巡航控制系统总体结构；

图4为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的节能型自适应巡航控制方法流程图；

图5为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备结构示意图。

如图1所示，该基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-VolatileMemory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储系统。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序。

在图1所示的基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备中，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序，并执行本发明实施例提供的基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法。

本发明实施例提供了一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法，参照图2，图2为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法包括以下步骤：

步骤S10：在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息。

易于理解的是，本实施例的执行主体可以是具有数据处理、网络通讯和程序运行等功能的自适应巡航控制系统，也可以为其他具有相似功能的计算机设备等，本实施例并不加以限制。

需要说明的是，自适应巡航控制系统中包括车辆跟随模型和自适应巡航LQR控制器，车辆跟随模型得到期望加速度时需要用到自适应巡航LQR控制器计算，但自适应巡航LQR控制器需要用到模糊器确定权重矩阵Q和R中的权重系数，其中Q为状态权重矩阵，R为控制权重矩阵。参考图3，图3为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的自适应巡航控制系统总体结构。

在具体实现中，在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，系统综合实时计算车辆的当前剩余续驶里程信息m_c，与导航信息提示到达目的地所需的目标行驶里程信息m_s。

还需要说明的是，根据导航所需目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程构建节能系数表征不同的节能需求，并实时计算当下的节能系数。

步骤S20：根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续使里程信息确定节能系数。

在本实施例中，根据车辆的当前剩余续驶里程信息m_c与导航信息提示到达目的地所需的目标行驶里程信息m_s进行对比计算得到实时的节能系数i_e。

需要说明的是，节能系数越大，则表示车辆节能需求越高，当i_e>100％时，不进入节能模式并且退出导航辅助驾驶模式，同时通过人机交互界面提示驾驶员，当前车辆剩余续驶里程无法到达目的地；当0<i_e≤100％时，车辆根据节能系数动态选取权重系数的线性二次型最优控制器(即自适应巡航LQR控制器)进行自适应巡航控制，则节能系数的范围为[0，100％。

步骤S30：根据所述节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵。

步骤S40：根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度。

在具体实现中，还需要获取自车状态信息和前车状态信息，根据自车状态信息和前车状态信息建立车辆跟随模型。

需要说明的是，自车状态信息包括自车速度v_p、自车加速度a_p；前车状态信息包括前车速度v_c、前车加速度a_c。

在本实施例中，自适应巡航系统中车辆跟随模型：在跟车状态下，自车与前车的速度分别为v_p和v_c，自车和前车的加速度分别为a_p和a_c，自车和前车的相对车距为d，自车与前车的安全车距为d_s，则自车与前车的速度差是Δv＝v_p-v_c，自车与前车的跟车距离误差为Δd＝d_s-d，跟车时距为t_s，安全车距随着自车的速度和跟车时距而变化d_s＝v_ct_h+d₀,d₀为停车时需要保持的最小距离，自适应巡航控制算法上层控制器计算并输出给下层控制器a_des，控制器执行存在延迟，故实际加速度a_p和期望加速度a_des之间存在迟滞，采用一阶惯性滞后环节来表征：

式中，T₀为时间常数，K₀常数系数，通过实车实验获取。

进一步地，基于车辆跟随模型确定系统状态量、系统控制量及系统扰动量并建立自适应巡航系统对应的跟车状态空间方程。

在具体实现中，采用线性二次型控制器进行闭环最优控制，找到满足性能即车辆跟随性能并减少输入量即期望加速度的最优解，达到自适应巡航系统跟车时节能的目的。自适应巡航系统的状态为跟车距离误差Δd、相对速度差Δv、加速度a_p，最优控制输入量为期望加速度a_des。由此建立自适应巡航系统跟车时的状态空间方程：

其中，X＝Δ_d，Δ_v，a_p]为系统状态量，u＝a_des是系统控制输入量，ω＝a_c为系统扰动量。

进一步地，基于节能系数根据权重矩阵通过自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

在本实施例中，期望加速度a_des＝u^*＝-KX＝-(k₁×Δd+k₂×Δv+k₃×a_p)。根据不同的权重矩阵即可求解得到不同节能需求下的期望加速度a_des，实现节能型自适应巡航系统。

进一步地，根据节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵的步骤之前，还需要获取导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后的车辆节能系数，然后通过预设的模糊控制规则构建模糊控制器，之后将车辆节能系数输入至模糊控制器中，以获得不同节能需求下对应的状态权重矩阵中权重系数和控制权重矩阵中权重系数。

在实际中汽车自适应巡航系统状态误差的控制和消耗能量的控制两个目标通常是存在矛盾相互制约的，要求车辆控制状态误差小，必然会导致消耗能量的增加，而要求车辆节省能量，则不得不放宽车辆的控制性能。对于自适应巡航LQR控制器，为了以最小的控制输入量来满足控制需求，即以最小的加速度满足自适应巡航系统的跟车性能，引入线形二次优化性能指标函数J＝∫(X^TQX+u^TRu)dt。

矩阵Q和R为LQR最优控制的权重矩阵：

R＝[r]

矩阵Q和R中的参数值代表了相应系统状态和控制量在整个性能指标J中的权重，权重系数取的越大，则意味着其相应的状态误差或控制量在性能在性能函数中越重要。

进一步地，以导航辅助驾驶模式下的车辆的节能系数作为模糊控制器的输入量，动态地选取不同节能需求下所对应的权重矩阵Q和R中的参数，建立随节能需求自动调整权重矩阵的自适应巡航系统LQR控制器。

模糊器规则：Q为状态权重矩阵，R为控制权重矩阵。矩阵Q中跟车性能相关的权重系数越大，则相应的在整个控制期间内车辆实际行驶状态和期望的安全行驶状态误差越小，系统的状态衰减速度越快，即车辆自适应巡航系统的跟车控制性能越好；而权重矩阵R中的元素为系统的输入量加速度a在整个性能指标中J的权重，加速度反应了在整个控制区间内所消耗得能量得大小，即加速度越大，车辆得能耗经济性越差，矩阵R中的元素取值越大，会使对应的控制量减小，而系统的状态衰减速度变慢，则要求在整个控制区间内消耗得能量越小，即车辆的能耗经济性越好。综上所述，在低续驶里程的工况下，对系统的控制水平要求相对较低，对系统的能耗经济水平要求相对较高，要求自适应巡航系统在跟随车辆时更加节能；而在高续驶里程的工况下，自适应巡航系统对能耗经济水平要求相对较低，对系统的控制水平要求相对较高，要求车辆具有更佳的跟随性能。

在具体实现中，以导航辅助驾驶模式下的节能系数为输入量，以状态权重矩阵Q和控制权重矩阵R中的元素为系统输出量，基于模糊器规则设计一个单输入四输出的模糊控制器。将节能系数在其范围[0,100％]内以20％为单位进行分段，通过测试采集数据进行参数整定，分别得到节能系数在最低段和最高段的权重矩阵的元素值，即节能系数i_e的论域为[0,100％]，q_d的论域为q_v的论域为/>q_a的论域为r的论域为[r_min,r_max]，五个变量均划分为五个模糊子集，建立相应的预设模糊控制规则，最终根据建立的模糊控制器动态的选取权重矩阵Q和R中的权重系数。

在本实施例中，将得到的权重系数传递到自适应巡航LQR控制器，实现性能指标函数的最优。使性能指标函数J达到最优的状态反馈矩阵K＝R^-1BP，常量矩阵P可以通过求解Riccati矩阵代数方程得到；建立Riccati矩阵代数方程＝-PA-A^TP+PBR^-1B^TP-Q，其中A为状态矩阵，B为控制矩阵，求解出常量矩阵P进而求解出K；最终得到最优控制u^*。

步骤S50：在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

为避免期望加速度过大超出正常范围或影响舒适性，对控制量期望加速度值a_des利用饱和函数进行限制。

最小加速度值为最大加速度值为/>而当期望加速度较大，即a_des>预设阈值时，利用节能系数对加速度幅值进行进一步限制，

通过构建导航辅助驾驶模式下的节能系数，并以节能系数做为模糊控制器的输入量，根据建立的模糊控制器可以得到不同节能系数下对应的权重矩阵Q和R，动态的选取权重矩阵Q和R中的权重系数，改进线性二次型最优控制算法，建立变权重系数的LQR控制器，通过对线性二次型最优控制算法的求解得到自适应巡航控制系统跟车时的期望加速度，使得控制量期望加速度能够根据不同的节能需求场景自适应调节，达到在续驶里程不足时，通过调整加速度来节能的目的。

参考图4，图4为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的节能型自适应巡航控制方法流程图，在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员通过人机交互单元输入导航目的地后，系统根据当前抵达导航目的地所需的目标行驶里程和车辆剩余续驶里程，计算获得节能系数；车辆采用一种根据节能系数动态选取权重系数的线性二次型最优控制(LQR)算法进行自适应巡航控制；基于节能系数构建模糊控制器，动态地选取线性二次型最优控制器中的权重矩阵；根据模糊控制器输出的权重矩阵，计算得到当前时刻的期望加速度；当期望加速度值大于预设值时，对期望加速度进行进一步的限制；系统实时计算节能系数进行反馈控制，执行单元根据期望加速度控制车辆跟车行驶，最终实现基于导航剩余续驶里程的节能型自适应巡航系统。

在本实施例中，首先在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息，然后根据目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息确定节能系数，之后根据节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵，最后根据权重矩阵确定当前时刻的期望加速度，在期望加速度值大于预设阈值时，对期望加速度值进行进一步的限制。相较于现有技术中当车辆进入节能控制模式后，对汽车进行多项控制，包括最高车速限制、扭矩外特性限制，不仅对车辆的运动性能影响较大，还不能够根据车辆实时的节能需求调整节能模式的控制效果，而本实施例通过车辆当前剩余续驶里程数和抵达目的地所需要的目标行驶里程数构建节能系数，表征车辆不同的节能需求，并提出一种改进的线性二次型最优控制算法，建立模糊控制器，通过节能系数动态地选取线性二次型控制器中的权重系数，设计一种节能型的自适应巡航跟车控制算法，利用线形二次性控制器控制车辆跟车行驶，在保证行驶安全的同时实现节能的目标，从而实现了在节能需求较高的场景下以保证能耗经济性为主，确保抵达目的地，进而在节能需求较低的场景下，优先保证系统的控制性能。

参照图5，图5为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统第一实施例的结构框图。

如图5所示，本发明实施例提出的基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统包括：

获取模块5001，用于在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息。

需要说明的是，基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统中包括车辆跟随模型和自适应巡航LQR控制器，车辆跟随模型得到期望加速度时需要用到自适应巡航LQR控制器计算，但自适应巡航LQR控制器需要用到模糊器确定权重矩阵Q和R中的权重系数，其中Q为状态权重矩阵，R为控制权重矩阵。参考图3，图3为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的自适应巡航控制系统总体结构。

在具体实现中，在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，系统综合实时计算车辆的当前剩余续驶里程信息m_c，与导航信息提示到达目的地所需的目标行驶里程信息m_s。

还需要说明的是，根据导航所需目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程构建节能系数表征不同的节能需求，实时计算当下的节能系数。

确定模块5002，用于根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续驶里程信息确定节能系数。

在本实施例中，根据车辆的当前剩余续驶里程信息m_c与导航信息提示到达目的地所需的目标行驶里程信息m_s进行对比计算得到实时的节能系数i_e。

需要说明的是，节能系数越大，则表示车辆节能需求越高，当i_e>100％时，不进入节能模式并且退出导航辅助驾驶模式，同时通过人机交互界面提示驾驶员，当前车辆剩余续驶里程无法到达目的地；当0<i_e≤100％时，车辆根据节能系数动态选取权重系数的线性二次型最优控制器(即自适应巡航LQR控制器)进行自适应巡航控制，则节能系数的范围为[0，100％。

所述确定模块5002，还用于根据所述节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵。

所述确定模块5002，还用于根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度。

在具体实现中，还需要获取自车状态信息和实验前车状态信息，根据自车状态信息和前车状态信息建立车辆跟随模型。

需要说明的是，自车状态信息包括自车速度v_p、自车加速度a_p；前车状态信息包括实验前车速度v_c、前车加速度a_c。

在本实施例中，自适应巡航系统中车辆跟随模型：在跟车状态下，自车与前车的速度分别为v_p和v_c，自车和前车的加速度分别为a_p和a_c，自车和前车的相对车距为d，自车与前车的安全车距为d_s，则自车与前车的速度差是Δv＝v_p-v_c，自车与前车的跟车距离误差为Δd＝d_s-d，跟车时距为t_s，安全车距随着自车的速度和跟车时距而变化d_s＝v_ct_h+d₀,d₀为停车时需要保持的最小距离，自适应巡航控制算法上层控制器计算并输出给下层控制器a_des，控制器执行存在延迟，故实际加速度a_p和期望加速度a_des之间存在迟滞，采用一阶惯性滞后环节来表征：

式中，T₀为时间常数，K₀常数系数，通过实车实验获取。

进一步地，基于车辆跟随模型确定系统状态量、系统控制量及系统扰动量并建立自适应巡航系统对应的跟车状态空间方程。

在具体实现中，采用线性二次型控制器进行闭环最优控制，找到满足性能即车辆跟随性能并减少输入量即期望加速度的最优解，达到自适应巡航系统跟车时节能的目的。自适应巡航系统的状态为跟车距离误差Δd、相对速度差Δv、加速度a_p，最优控制输入量为期望加速度a_des。由此建立自适应巡航系统跟车时的状态空间方程：

其中，X＝Δ_d，Δ_v，a_p]为系统状态量，u＝a_des是系统控制输入量，ω＝a_c为系统扰动量。

进一步地，基于节能系数根据权重矩阵通过自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

在具体实现中，获取自车速度信息和前车速度信息，然后基于车辆跟随模型根据权重矩阵、自车速度信息及前车速度信息通过自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

在本实施例中，期望加速度a_des＝u^*＝-KX＝-(k₁×Δd+k₂×Δv+k₃×a_p)。根据不同的权重矩阵即可求解得到不同节能需求下的期望加速度a_des，实现节能型自适应巡航系统。

进一步地，根据节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵的步骤之前，还需要获取导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后的车辆节能系数，然后通过预设的模糊控制规则构建模糊控制器，之后将车辆节能系数输入至模糊控制器中，以获得不同节能需求下对应的状态权重矩阵中权重系数和控制权重矩阵中权重系数。

在实际中汽车自适应巡航系统状态误差的控制和消耗能量的控制两个目标通常是存在矛盾相互制约的，要求车辆控制状态误差小，必然会导致消耗能量的增加，而要求车辆节省能量，则不得不放宽车辆的控制性能。对于自适应巡航LQR控制器，为了以最小的控制输入量来满足控制需求，即以最小的加速度满足自适应巡航系统的跟车性能，引入线形二次优化性能指标函数J＝∫(X^TQX+u^TRu)dt。

矩阵Q和R为LQR最优控制的权重矩阵：

R＝[r]

矩阵Q和R中的参数值代表了相应系统状态和控制量在整个性能指标J中的权重，权重系数取的越大，则意味着其相应的状态误差或控制量在性能在性能函数中越重要。

进一步地，以导航辅助驾驶模式下的车辆的节能系数作为模糊控制器的输入量，动态地选取不同节能需求下所对应的权重矩阵Q和R中的参数，建立随节能需求自动调整权重矩阵的自适应巡航系统LQR控制器。

模糊器规则：Q为状态权重矩阵，R为控制权重矩阵。矩阵Q中跟车性能相关的权重系数越大，则相应的在整个控制期间内车辆实际行驶状态和期望的安全行驶状态误差越小，系统的状态衰减速度越快，即车辆自适应巡航系统的跟车控制性能越好；而权重矩阵R中的元素为系统的输入量加速度a在整个性能指标中J的权重，加速度反应了在整个控制区间内所消耗得能量得大小，即加速度越大，车辆得能耗经济性越差，矩阵R中的元素取值越大，会使对应的控制量减小，而系统的状态衰减速度变慢，则要求在整个控制区间内消耗得能量越小，即车辆的能耗经济性越好。综上所述，在低续驶里程的工况下，对系统的控制水平要求相对较低，对系统的能耗经济水平要求相对较高，要求自适应巡航系统在跟随车辆时更加节能；而在高续驶里程的工况下，自适应巡航系统对能耗经济水平要求相对较低，对系统的控制水平要求相对较高，要求车辆具有更佳的跟随性能。

在具体实现中，以导航辅助驾驶模式下的节能系数为输入量，以状态权重矩阵Q和控制权重矩阵R中的元素为系统输出量，基于模糊器规则设计一个单输入四输出的模糊控制器。将节能系数在其范围[0,100％]内以20％为单位进行分段，通过测试采集数据进行参数整定，分别得到节能系数在最低段和最高段的权重矩阵的元素值，即节能系数i_e的论域为[0,100％]，q_d的论域为q_v的论域为/>q_a的论域为r的论域为[r_min，r_max]，五个变量均划分为五个模糊子集，建立相应的预设模糊控制规则，最终根据建立的模糊控制器动态的选取权重矩阵Q和R中的权重系数。

根据节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵的处理方式为根据节能系数通过模糊控制器确定节能系数对应的权重系数，确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵。

在本实施例中，将得到的权重系数传递到自适应巡航LQR控制器，实现性能指标函数的最优。使性能指标函数J达到最优的状态反馈矩阵K＝R^-1BP，常量矩阵P可以通过求解Riccati矩阵代数方程得到；建立Riccati矩阵代数方程＝-PA-A^TP+PBR^-1B^TP-Q，其中A为状态矩阵，B为控制矩阵，求解出常量矩阵P进而求解出K；最终得到最优控制u^*。

控制模块5003，用于在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

为避免期望加速度过大超出正常范围或影响舒适性，对控制量期望加速度值a_des利用饱和函数进行限制。

最小加速度值为最大加速度值为/>而当期望加速度较大，即a_des>预设阈值时，利用节能系数对加速度幅值进行进一步限制，

通过构建导航辅助驾驶模式下的节能系数，并以节能系数作为模糊控制器的输入量，根据建立的模糊控制器可以得到不同节能系数下对应的权重矩阵Q和R，动态的选取权重矩阵Q和R中的权重系数，改进线性二次型最优控制算法，建立变权重系数的LQR控制器，通过对线性二次型最优控制算法的求解得到自适应巡航控制系统跟车时的期望加速度，使得控制量期望加速度能够根据不同的节能需求场景自适应调节，达到在续驶里程不足时，通过调整加速度来节能的目的。

参考图4，图4为本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法第一实施例的节能型自适应巡航控制方法流程图，驾驶员通过人机交互单元输入导航行驶目的地或进入导航辅助驾驶模式，系统根据当前抵达导航目的地所需的目标行驶里程和车辆剩余续驶里程，计算获得节能系数；车辆采用一种根据节能系数动态选取权重系数的线性二次型最优控制(LQR)算法进行自适应巡航控制；基于节能系数构建模糊控制器，动态地选取线性二次型最优控制器中的权重矩阵；根据模糊控制器输出的权重矩阵，计算得到当前时刻的期望加速度；当期望加速度值大于预设值时，对期望加速度进行进一步的限制；系统实时计算节能系数进行反馈控制，执行单元根据期望加速度控制车辆跟车行驶，最终实现基于导航目标行驶里程和车辆当前剩余续驶里程的节能型自适应巡航系统。

在本实施例中，首先在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息，然后根据目标行驶里程信息和当前剩余续驶里程信息确定节能系数，之后根据节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵，最后根据权重矩阵确定当前时刻的期望加速度，在期望加速度值大于预设阈值时，对期望加速度进行进一步的限制。相较于现有技术中当车辆进入节能控制模式后，对汽车进行多项控制，包括最高车速限制、扭矩外特性限制，不仅对车辆的运动性能影响较大，还不能够根据车辆实时的节能需求调整节能模式的控制效果，而本实施例通过车辆当前剩余续驶里程数和抵达目的地所需要的目标行驶里程数构建节能系数，表征车辆不同的节能需求，并提出一种改进的线性二次型最优控制算法，建立模糊控制器，通过节能系数动态地选取线性二次型控制器中的权重系数，设计一种节能型的自适应巡航跟车控制算法，利用线形二次性控制器控制车辆跟车行驶，在保证行驶安全的同时实现节能的目标，从而实现了在节能需求较高的场景下以保证能耗经济性为主，确保抵达目的地，进而在节能需求较低的场景下，优先保证系统的控制性能。

本发明基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法，其特征在于，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法包括以下步骤：

在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息；

根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续驶里程信息确定节能系数；

根据所述节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵；

根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度；

在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述节能系数通过模糊控制器动态选取自适应巡航LQR控制器中的权重矩阵的步骤之前，包括：

获取导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后的车辆节能系数；

通过预设的模糊控制规则构建模糊控制器；

将所述车辆节能系数输入至所述模糊控制器中，以获得不同节能需求下对应的状态权重矩阵中权重系数和控制权重矩阵中权重系数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度的步骤之前，还包括：

获取自车状态信息和前车状态信息；

根据所述自车状态信息和所述前车状态信息建立车辆跟随模型。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述自车状态信息和所述前车状态信息建立车辆跟随模型的步骤之后，还包括：

基于所述车辆跟随模型确定系统状态量、系统控制量及系统扰动量，并根据所述系统状态量、所述系统控制量及所述系统扰动量建立自适应巡航系统对应的跟车状态空间方程。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度的步骤，包括：

基于所述节能系数根据所述权重矩阵通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述节能系数根据所述权重矩阵通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度的步骤，包括：

获取自车速度信息、前车速度信息、自车加速度信息、前车加速度信息、自车与前车的相对车距信息、自车与前车的安全车距信息；

基于所述节能系数根据所述权重矩阵、所述自车速度信息、所述前车速度信息、所述自车加速度信息、所述前车加速度信息、所述自车和前车的相对车距信息及所述自车与前车的安全车距信息通过所述自适应巡航LQR控制器计算当前时刻的期望加速度。

7.一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制系统包括：

获取模块，用于在进入导航辅助驾驶模式下驾驶员输入导航目的地后，实时地确定当前位置与终点位置之间的目标行驶里程信息，并获取车辆的当前剩余续驶里程信息；

确定模块，用于根据所述目标行驶里程信息和所述当前剩余续驶里程信息确定节能系数；

所述确定模块，还用于根据所述节能系数通过模糊控制器确定自适应巡航LQR控制器对应的权重矩阵；

所述确定模块，还用于根据所述权重矩阵确定当前时刻的期望加速度；

控制模块，用于在所述节能系数处于预设阈值范围内时，根据所述当前时刻的期望加速度进行自适应巡航控制。

8.一种基于目标行驶里程的自适应巡航控制设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序，所述基于目标行驶里程的自适应巡航控制程序配置为实现如权利要求1至6中任一项所述的基于目标行驶里程的自适应巡航控制方法的步骤。