一種自適應(yīng)巡航控制策略設(shè)計(jì)方法

楊勇，張茂勝

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一種自適應(yīng)巡航控制策略設(shè)計(jì)方法

楊勇，張茂勝

（奇瑞汽車(chē)股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

文章提出一種車(chē)輛自適應(yīng)巡航控制策略，根據(jù)相對(duì)車(chē)距比設(shè)定增強(qiáng)信號(hào)的數(shù)值。系統(tǒng)基于增強(qiáng)信號(hào)的數(shù)值與相對(duì)車(chē)速比的大小，將對(duì)當(dāng)前決策行為進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)與自主學(xué)習(xí)，使系統(tǒng)在設(shè)定之后的行駛過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自主優(yōu)化。

自適應(yīng)巡航；控制策略；自主學(xué)習(xí)

引言

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，簡(jiǎn)稱(chēng)ACC）是一種構(gòu)想于20世紀(jì)70年代末期的汽車(chē)安全輔助駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在汽車(chē)自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)（Cruise Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)CCS）的基礎(chǔ)上有機(jī)地結(jié)合了汽車(chē)前部防撞預(yù)警系統(tǒng)（Forward Collision Warning System，簡(jiǎn)稱(chēng)FCWS）而形成的一種智能化車(chē)速自動(dòng)控制系統(tǒng)[1-2]。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要由車(chē)載傳感設(shè)備和電子控制單元組成。傳感器對(duì)前方目標(biāo)車(chē)輛進(jìn)行探測(cè)，并向電子控制單元發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，電子控制單元對(duì)收集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并作出決策，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以保證智能車(chē)安全的行駛狀態(tài)[3-4]。

從功能上來(lái)講，根據(jù)傳感器對(duì)前方道路交通環(huán)境的感知結(jié)果，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)賦予智能車(chē)一定的“思維”。當(dāng)前方無(wú)目標(biāo)車(chē)輛行駛時(shí)，系統(tǒng)能夠使智能車(chē)以特定的車(chē)速進(jìn)行巡航行駛；當(dāng)前方有目標(biāo)車(chē)輛行駛時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)智能車(chē)與目標(biāo)車(chē)輛的行駛工況以及其他設(shè)定參數(shù)對(duì)車(chē)距進(jìn)行有效控制，從而保證智能車(chē)與目標(biāo)車(chē)輛的安全車(chē)距，避免交通事故的發(fā)生。因此，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)減輕了駕駛員的駕駛強(qiáng)度，提高了智能車(chē)的主動(dòng)安全性，擴(kuò)大了巡航行駛的范圍，改善了道路交通的通行效率[3-4]。

本文基于相對(duì)參數(shù)比對(duì)控制行車(chē)速度，當(dāng)行駛參數(shù)越接近安全行駛參數(shù)時(shí)，相對(duì)參數(shù)比的值越小，對(duì)應(yīng)加速度值越小，直至加速變?yōu)榱?，即為勻速行駛，避免由勻減速行駛直接進(jìn)入勻速行駛時(shí)造成的行車(chē)安全隱患及行車(chē)的不舒適。此外，依據(jù)相對(duì)參數(shù)比進(jìn)行速度的調(diào)控，在保證了安全的前提下，又最大限度的保證行車(chē)速度，節(jié)省行車(chē)時(shí)間，且有利于減緩交通壓力。

1 總體設(shè)計(jì)

智能車(chē)自適應(yīng)巡航控制策略設(shè)計(jì)是智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能車(chē)自適應(yīng)跟隨巡航控制系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)地獲取環(huán)境信息、目標(biāo)車(chē)輛和智能車(chē)的行駛狀態(tài)，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)，判斷當(dāng)前決策行為的“好”與“壞”，在“獎(jiǎng)勵(lì)”和“懲罰”的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中自主學(xué)習(xí)[5]。本文所要解決的技術(shù)問(wèn)題是智能車(chē)自適應(yīng)跟隨巡航控制策略中增強(qiáng)信號(hào)的設(shè)定，智能車(chē)車(chē)距控制過(guò)程中相對(duì)車(chē)距比與車(chē)速調(diào)節(jié)強(qiáng)度之間關(guān)系曲線的設(shè)計(jì)，智能車(chē)自適應(yīng)跟隨巡航模式下防撞預(yù)警控制策略的設(shè)計(jì)。圖1為本文所設(shè)計(jì)自適應(yīng)跟隨巡航控制系統(tǒng)的控制策略流程圖。圖2為智能車(chē)車(chē)距控制曲線。

圖1 跟隨巡航模式控制策略流程圖

圖2 智能車(chē)車(chē)距控制曲線

2 系統(tǒng)工作流程

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖和具體工作流程對(duì)本其作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

Step1：ACC系統(tǒng)開(kāi)啟與參數(shù)設(shè)定

D為智能車(chē)跟隨巡航時(shí)的安全車(chē)距，單位為m，反映智能車(chē)駕駛員期望與目標(biāo)車(chē)輛的實(shí)時(shí)車(chē)距。系統(tǒng)非首次開(kāi)啟時(shí)，可沿用上次設(shè)定參數(shù)，或重新設(shè)定。

Step2：ACC系統(tǒng)目標(biāo)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)與識(shí)別

基于車(chē)載傳感器的目標(biāo)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)與識(shí)別是ACC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車(chē)巡航控制的基礎(chǔ)。同時(shí)，傳感器對(duì)目標(biāo)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也為系統(tǒng)提供后續(xù)決策依據(jù)。

Step3：ACC系統(tǒng)巡航模式的選擇

ACC系統(tǒng)根據(jù)車(chē)載傳感器的輸入數(shù)據(jù)，判斷巡航模式。當(dāng)智能車(chē)前方?jīng)]有可識(shí)別的目標(biāo)車(chē)輛時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入定速巡航模式；當(dāng)智能車(chē)前方存在目標(biāo)車(chē)輛時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入跟隨巡航模式。本文旨在設(shè)計(jì)智能車(chē)自適應(yīng)跟隨巡航模式下的控制策略。

Step4：ACC系統(tǒng)跟隨巡航控制

當(dāng)智能車(chē)ACC系統(tǒng)進(jìn)入跟隨巡航模式時(shí)，系統(tǒng)的電子控制單元將基于實(shí)時(shí)車(chē)距D，安全車(chē)距D，預(yù)警車(chē)距D，防撞車(chē)距D的關(guān)系對(duì)智能車(chē)進(jìn)行加速、減速和主動(dòng)制動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)智能車(chē)以安全車(chē)距對(duì)目標(biāo)車(chē)輛進(jìn)行跟隨巡航行駛，或?yàn)榱吮ＷC行駛安全而停車(chē)。具體控制流程如下（圖1）：

（1）相對(duì)車(chē)距比M的數(shù)值計(jì)算

其中，D為智能車(chē)與目標(biāo)車(chē)的實(shí)時(shí)車(chē)距，單位m。

（2）增強(qiáng)信號(hào)R的設(shè)定

以相對(duì)車(chē)距比M的變化值?=0.1為一個(gè)區(qū)域，將相對(duì)車(chē)距比劃分為若干個(gè)區(qū)域。以M=0為中心，向兩邊設(shè)定增強(qiáng)信號(hào)（折算因子取α=0.8，增強(qiáng)信號(hào)以指數(shù)形式遞減）。其中， |M|≤0.05時(shí)，R=1，表示系統(tǒng)將獲得最大的增強(qiáng)信號(hào)； 0.05<|M|≤0.15時(shí)，R=0.8，以此類(lèi)推增強(qiáng)信號(hào)將以指數(shù)α=0.8向兩邊遞減。

（3）控制邏輯判斷

根據(jù)R和M的值進(jìn)行跟隨巡航控制系統(tǒng)的邏輯判斷，當(dāng)R=1時(shí)，表明系統(tǒng)正在以最優(yōu)的車(chē)距進(jìn)行巡航行駛，該數(shù)據(jù)將被作為經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)，其他情況下，系統(tǒng)將根據(jù)增強(qiáng)信號(hào)的大小進(jìn)行車(chē)距調(diào)節(jié)與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

（4）車(chē)距調(diào)節(jié)策略

當(dāng)R<1時(shí)，表明系統(tǒng)需要根據(jù)增強(qiáng)因子的大小進(jìn)行車(chē)距調(diào)節(jié)，相對(duì)車(chē)距比與速度調(diào)節(jié)強(qiáng)度的關(guān)系如圖2所示，M>0，表示系統(tǒng)需對(duì)智能車(chē)進(jìn)行加速控制，M<0，表示系統(tǒng)需對(duì)智能車(chē)進(jìn)行減速控制。圖2所示兩者的關(guān)系旨在使得相對(duì)車(chē)距值較大時(shí)，智能車(chē)能以大的加速度進(jìn)行車(chē)距調(diào)節(jié)，以盡快完成車(chē)距調(diào)節(jié)過(guò)程。同理，相對(duì)車(chē)距值較小時(shí)，智能車(chē)的速度調(diào)節(jié)強(qiáng)度也小，以獲得較好的舒適性。

（5）防撞預(yù)警策略

D≤D時(shí)，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對(duì)智能車(chē)駕駛員進(jìn)行預(yù)警提示，請(qǐng)求接管，若駕駛員接管，則進(jìn)入人工模式，否則，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對(duì)智能車(chē)進(jìn)行減速控制，并進(jìn)行目標(biāo)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)與識(shí)別；D≤D時(shí)，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對(duì)智能車(chē)進(jìn)行基于最大減速度的主動(dòng)制動(dòng)，并進(jìn)行目標(biāo)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)與識(shí)別。

（6）控制策略學(xué)習(xí)

本文中，相對(duì)車(chē)距比既是增強(qiáng)信號(hào)設(shè)定的輸入量，也是速度調(diào)節(jié)強(qiáng)度的輸入量。基于相對(duì)車(chē)距比的增強(qiáng)信號(hào)數(shù)值的大小直接反映了智能車(chē)跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對(duì)于“好”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“獎(jiǎng)勵(lì)”信號(hào)，并作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行存儲(chǔ)、記憶；對(duì)于“壞”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“懲罰”信號(hào)，并在之后的行為決策中根據(jù)增強(qiáng)信號(hào)的大小進(jìn)行修正與學(xué)習(xí)，使得智能車(chē)跟隨巡航控制策略逐漸趨于最優(yōu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于相對(duì)車(chē)距比的增強(qiáng)信號(hào)數(shù)值的大小直接反映了智能車(chē)跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對(duì)于“好”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“獎(jiǎng)勵(lì)”信號(hào)，并作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行存儲(chǔ)、記憶；對(duì)于“壞”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“懲罰”信號(hào)，并在之后的行為決策中根據(jù)增強(qiáng)信號(hào)的大小進(jìn)行修正與學(xué)習(xí)，使得智能車(chē)自適應(yīng)巡航控制功能處于最優(yōu)狀態(tài)。

[1] Winner H, Witte S, Uhler W, et al. Adaptive Cruise Control System Aspects and Development Trends[C].International Congress & Exp -osition. 1996:1692 - 1697.

[2] 張景波,劉昭度,齊志權(quán),等.汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 車(chē)輛與動(dòng)力技術(shù), 2003(2):44-49.

[3] 王地川,李斌花,謝暉,等.汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制跟隨模式的仿真建模[J].計(jì)算機(jī)仿真, 2004, 21(9):164-166.

[4] 王地川.汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制跟隨模式研究[D].湖南大學(xué), 2003.

[5] 馬國(guó)成.車(chē)輛自適應(yīng)巡航跟隨控制技術(shù)研究[D].北京理工大學(xué), 2014.

ADesign MethodForAdaptive Cruise Control Strategy

Yang Yong, Zhang Maosheng

（Chery Automobile Co., Ltd., Anhui Wuhu 241009）

A vehicle adaptive cruise control strategy is proposed, and the enhancement signal value is set according to the relative distance ratio. Based on the numerical value of the enhancement signal and the relative speed ratio, the system will carry out experience storage and autonomous learning on the current decision-making behavior, so that the system can achieve autonomous optimization in the driving process after setting.

adaptive cruise control; control strategy; autonomouslearning

A

1671-7988(2018)18-168-03

U461.6

A

1671-7988(2018)18-168-03

CLC NO.: U461.6

楊勇（1982-）云南建水人，奇瑞汽車(chē)股份有限公司，學(xué)士，工程師，主要研究方向：智能駕駛方向。張茂勝（1990-）山東濟(jì)寧人，奇瑞汽車(chē)股份有限公司，設(shè)計(jì)師，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：智能駕駛控制決策系統(tǒng)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.057