楊勇，張茂勝

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一種自適應(yīng)巡航控制策略設(shè)計方法

楊勇，張茂勝

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

文章提出一種車輛自適應(yīng)巡航控制策略，根據(jù)相對車距比設(shè)定增強信號的數(shù)值。系統(tǒng)基于增強信號的數(shù)值與相對車速比的大小，將對當(dāng)前決策行為進行經(jīng)驗存儲與自主學(xué)習(xí)，使系統(tǒng)在設(shè)定之后的行駛過程中實現(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，簡稱ACC）是一種構(gòu)想于20世紀70年代末期的汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在汽車自動巡航控制系統(tǒng)（Cruise Control System，簡稱CCS）的基礎(chǔ)上有機地結(jié)合了汽車前部防撞預(yù)警系統(tǒng)（Forward Collision Warning System，簡稱FCWS）而形成的一種智能化車速自動控制系統(tǒng)[1-2]。

從結(jié)構(gòu)上來講，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要由車載傳感設(shè)備和電子控制單元組成。傳感器對前方目標(biāo)車輛進行探測，并向電子控制單元發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，電子控制單元對收集來的數(shù)據(jù)進行分析，并作出決策，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)以保證智能車安全的行駛狀態(tài)[3-4]。

從功能上來講，根據(jù)傳感器對前方道路交通環(huán)境的感知結(jié)果，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)賦予智能車一定的“思維”。當(dāng)前方無目標(biāo)車輛行駛時，系統(tǒng)能夠使智能車以特定的車速進行巡航行駛；當(dāng)前方有目標(biāo)車輛行駛時，系統(tǒng)可根據(jù)智能車與目標(biāo)車輛的行駛工況以及其他設(shè)定參數(shù)對車距進行有效控制，從而保證智能車與目標(biāo)車輛的安全車距，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度，提高了智能車的主動安全性，擴大了巡航行駛的范圍，改善了道路交通的通行效率[3-4]。

本文基于相對參數(shù)比對控制行車速度，當(dāng)行駛參數(shù)越接近安全行駛參數(shù)時，相對參數(shù)比的值越小，對應(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入勻速行駛時造成的行車安全隱患及行車的不舒適。此外，依據(jù)相對參數(shù)比進行速度的調(diào)控，在保證了安全的前提下，又最大限度的保證行車速度，節(jié)省行車時間，且有利于減緩交通壓力。

1 總體設(shè)計

智能車自適應(yīng)巡航控制策略設(shè)計是智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。基于機器學(xué)習(xí)的智能車自適應(yīng)跟隨巡航控制系統(tǒng)通過實時地獲取環(huán)境信息、目標(biāo)車輛和智能車的行駛狀態(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“獎勵”和“懲罰”的經(jīng)驗教訓(xùn)中自主學(xué)習(xí)[5]。本文所要解決的技術(shù)問題是智能車自適應(yīng)跟隨巡航控制策略中增強信號的設(shè)定，智能車車距控制過程中相對車距比與車速調(diào)節(jié)強度之間關(guān)系曲線的設(shè)計，智能車自適應(yīng)跟隨巡航模式下防撞預(yù)警控制策略的設(shè)計。圖1為本文所設(shè)計自適應(yīng)跟隨巡航控制系統(tǒng)的控制策略流程圖。圖2為智能車車距控制曲線。

圖1 跟隨巡航模式控制策略流程圖

圖2 智能車車距控制曲線

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)計的控制系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖和具體工作流程對本其作進一步詳細描述。

Step1：ACC系統(tǒng)開啟與參數(shù)設(shè)定

D為智能車跟隨巡航時的安全車距，單位為m，反映智能車駕駛員期望與目標(biāo)車輛的實時車距。系統(tǒng)非首次開啟時，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)車輛的監(jiān)測與識別

基于車載傳感器的目標(biāo)車輛的監(jiān)測與識別是ACC系統(tǒng)實現(xiàn)對智能車巡航控制的基礎(chǔ)。同時，傳感器對目標(biāo)車輛的監(jiān)測數(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)車載傳感器的輸入數(shù)據(jù)，判斷巡航模式。當(dāng)智能車前方?jīng)]有可識別的目標(biāo)車輛時，系統(tǒng)將進入定速巡航模式；當(dāng)智能車前方存在目標(biāo)車輛時，系統(tǒng)將進入跟隨巡航模式。本文旨在設(shè)計智能車自適應(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ACC系統(tǒng)進入跟隨巡航模式時，系統(tǒng)的電子控制單元將基于實時車距D，安全車距D，預(yù)警車距D，防撞車距D的關(guān)系對智能車進行加速、減速和主動制動控制，以實現(xiàn)智能車以安全車距對目標(biāo)車輛進行跟隨巡航行駛，或為了保證行駛安全而停車。具體控制流程如下（圖1）：

（1）相對車距比M的數(shù)值計算

其中，D為智能車與目標(biāo)車的實時車距，單位m。

（2）增強信號R的設(shè)定

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

（3）控制邏輯判斷

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

（4）車距調(diào)節(jié)策略

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

（5）防撞預(yù)警策略

D≤D時，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對智能車駕駛員進行預(yù)警提示，請求接管，若駕駛員接管，則進入人工模式，否則，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對智能車進行減速控制，并進行目標(biāo)車輛的監(jiān)測與識別；D≤D時，系統(tǒng)電子控制單元應(yīng)對智能車進行基于最大減速度的主動制動，并進行目標(biāo)車輛的監(jiān)測與識別。

（6）控制策略學(xué)習(xí)

本文中，相對車距比既是增強信號設(shè)定的輸入量，也是速度調(diào)節(jié)強度的輸入量?；谙鄬嚲啾鹊脑鰪娦盘枖?shù)值的大小直接反映了智能車跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對于“好”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“獎勵”信號，并作為經(jīng)驗進行存儲、記憶；對于“壞”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“懲罰”信號，并在之后的行為決策中根據(jù)增強信號的大小進行修正與學(xué)習(xí)，使得智能車跟隨巡航控制策略逐漸趨于最優(yōu)。

3 結(jié)束語

基于相對車距比的增強信號數(shù)值的大小直接反映了智能車跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對于“好”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“獎勵”信號，并作為經(jīng)驗進行存儲、記憶；對于“壞”的決策行為，系統(tǒng)將給與相應(yīng)的“懲罰”信號，并在之后的行為決策中根據(jù)增強信號的大小進行修正與學(xué)習(xí)，使得智能車自適應(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.汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 車輛與動力技術(shù), 2003(2):44-49.

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

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

[5] 馬國成.車輛自適應(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-）山東濟寧人，奇瑞汽車股份有限公司，設(shè)計師，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