一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法

1.本发明涉及智能汽车高级辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法。


背景技术：

2.随着智能汽车的升级与发展，自适应巡航系统已经成为智能汽车不可缺少的一项高级驾驶辅助系统，其通过传感器获取车辆自身以及车辆周围数据，通过算法决策以及对车辆地盘的控制实现车辆的自适应巡航控制。自适应巡航系统在没有人干预驾驶的情况下实现自主安全驾驶，有效缓解驾驶疲劳，降低交通事故发生率，同时保证乘车舒适性。
3.自适应巡航系统通过车辆加减速控制自车与前车的安全行驶距离，目前，安全行驶距离的计算主要有固定车间距离模型和车头时距模型。其中，固定车间距离模型不能适应车辆巡航过程中复杂的行驶工况；车头时距模型又分为固定车头时距模型(constant time headway，cth)和可变车头时距模型(variable time headway，vth)，固定车头时距模型没有考虑前车行驶状态的变化，不能对未来车距很好的进行预测，其控制效果较差，可变车头时距虽然考虑了前车行驶状态的变化，但是却没有考虑紧急工况下行驶安全距离问题，其控制效果需要进一步改进。
4.传统的自适应巡航系统仅支持在一条车道线内巡航行驶，当遇到前方车辆龟速行驶时，自车只能以前车车速跟车行驶或者由驾驶员操作换道行驶，不仅影响道路通行率，同时也影响驾驶体验。当车辆遇到突发工况时，如前方车辆紧急刹停，前方车辆坠落障碍物等，传统的自适应巡航系统只能通过紧急制动的方式避免碰撞，但随着车速的提高，通过紧急制动避免碰撞需求的制动距离增大，当车辆高速行驶时仅靠紧急制动的方式进行避撞已经不能满足自适应巡航的需求。


技术实现要素：

5.针对背景技术中指出的技术问题，本发明提供一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法。针对自车与前车的安全行驶距离提出可变安全车头时距模型(variable safe time headway，vsth)，既考虑前车行驶状态的变化，同时考虑自车遇到紧急工况下的安全制动；为提高驾驶员乘车舒适性，提出依据驾驶员对自适应巡航过程中的速度不满意度，基于b样条曲线自主换道行驶的控制策略；针对车辆自适应巡航过程中遇到突发工况，提出紧急制动避撞和基于五次多项式紧急换道避撞双模式避撞的控制策略；搭建不同巡航模式下各自对应的安全距离模型，并基于不同巡航模式下各自对应的安全距离模型确定车辆自适应巡航时与前车的最小安全距离，为车辆自适应巡航过程中巡航模式切换提供判断依据。
6.为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
7.一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
8.步骤一：采集自车行驶状态数据以及自车周围环境数据；
9.步骤二：根据步骤一中采集的数据，基于定速巡航安全距离模型计算当前行驶状态下定速巡航的最小安全距离，判断当前车辆是否满足定速巡航的条件，若满足，则车辆执行定速巡航，若不满足，则进入步骤三；
10.步骤三：根据步骤一中采集的数据，基于跟车行驶安全距离模型计算当前行驶状态下跟车行驶的最小安全距离，判断当前车辆是否满足跟车行驶的条件，若满足，则进入步骤四，若不满足，则进入步骤六；
11.步骤四：根据步骤一中采集的数据，首先计算驾驶员速度不满意度，当驾驶员速度不满意度达到一定阈值时，则判定此时驾驶员希望换道行驶，再根据自车周围环境数据判断当前工况是否满足换道行驶条件，若满足，则进入步骤五，若不满足，基于可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，车辆执行跟车行驶；
12.步骤五：车辆执行基于b样条曲线换道行驶，换道结束进入步骤二；
13.步骤六：根据步骤一中采集的数据，判断车辆是否处于突发工况，若是，则进入步骤七，若否则返回步骤二；
14.步骤七：根据步骤一中采集的数据，基于安全距离模型计算车辆当前行驶状态下紧急制动需求制动距离，判断采用紧急制动避撞策略是否能够避免碰撞，若是，则执行紧急制动避撞策略，若否，则进入步骤八；
15.步骤八：根据步骤一中采集的数据，基于五次多项式换道模型计算车辆紧急换道避撞需求距离，判断采用紧急换道避撞策略是否能够避免避撞，若是，则执行基于五次多项式的紧急换道避撞策略，若否，则进入步骤九；
16.步骤九：车辆碰撞不可避免，采用最大制动力进行紧急制动，并发出蜂鸣声提醒乘车人员。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.第一：搭建计算定速巡航最小安全距离模型，模型采用最小安全制动距离加可变补偿跟车距离作为定速巡航最小安全距离，在保障定速巡航充足的行驶距离前提下，又能避免定速巡航安全距离过长，影响驾驶体验。
19.第二：搭建计算跟车行驶的最小安全距离模型，模型考虑自车安全制动距离，考虑前车的紧急制动行车距离，同时考虑补偿跟车距离，最终确定跟车行驶最小安全距离，保障了跟车行驶的安全，避免遇到突发工况时由于跟车距离过近而发生碰撞。
20.第三：搭建驾驶员速度不满意度模型，车辆在跟车行驶时，若前车龟速行驶，将会影响驾驶员乘车体验，当驾驶员速度不满意度达到一定的阈值时，车辆根据换道条件自主决策换道，极大提升驾驶员的乘车体验以及道路通行率。
21.第四：搭建可变安全车头时距模型，车辆在跟车行驶时，通过可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，既考虑了前车行驶状态的变化，同时也考虑了自车遇到突发工况下的安全制动，在保障行车安全的前提下，又保障了车辆通行的效率。
22.第五：搭建计算紧急制动需求制动距离模型，及时判断车辆是否处于安全跟车距离内，并判断得出是否需要紧急制动，有效减少车辆碰撞事故发生。
23.第六：搭建基于五次多项式紧急换道需求距离模型，当车辆遇到突发工况，且紧急制动已经不能避免车辆发生碰撞时，及时判断车辆是否能够通过紧急换道避撞策略避免碰撞的发生，并判断是否需要紧急换道制动，有效降低车辆碰撞事故发生。
24.第七：搭建紧急制动避撞和基于五次多项式紧急换道避撞双模式避撞模型，随着车速的提高，紧急换道避撞需求的安全距离会小于紧急制动避撞需求的安全距离，因此，在遇到突发工况时，本发明优先以紧急制动进行避撞，若不能避免碰撞，再执行紧急换道避撞，通过两种控制策略避撞，极大的减小了车辆碰撞的概率，有效提高了车辆行车的安全性。
附图说明
25.图1所示为本技术实施例提供的方法流程示意图；
26.图2所示为本技术实施例提供的车间距分布区域示意图；
27.图3所示为本技术实施例提供的车辆制动过程距离示意图；
28.图4所示为本技术实施例提供的车辆制动过程加速度变化示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.具体地，如图1所示，本实施例提供了一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，包括如下步骤：
31.步骤一：采集自车行驶状态数据以及自车周围环境数据；
32.步骤二：根据步骤一中采集的数据，基于定速巡航安全距离模型计算当前行驶状态下定速巡航的最小安全距离，判断当前车辆是否满足定速巡航的条件，若满足，则车辆执行定速巡航，若不满足，则进入步骤三；
33.其中，计算定速巡航最小安全距离的定速巡航安全距离模型如下：
34.车辆执行定速巡航时，车辆以驾驶员设定速度行驶，此时无关前方车辆的行驶状态，只需要保证自车安全行驶距离。本发明以自车安全制动距离加可变定速巡航补偿距离为最终定速巡航最小安全距离；
35.定速巡航下自车安全制动距离为：
[0036][0037]
式中，x
fix_brk
为定速巡航下自车安全制动距离，v
cur
为车辆当前车速，v
fin
为车辆安全制动结束后速度，a
fix
为定速巡航安全制动时的减速度；
[0038]
定速巡航下补偿距离为：
[0039]
x
fix_com
＝k
fixvcur
+b
fix
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0040]
式中，x
fix_com
为定速巡航下补偿距离，k
fix
为定速巡航下的速度补偿系数，b
fix
为定速巡航下的固定常数；
[0041]
则定速巡航安全距离模型为：
[0042]
x
fix
＝x
fix_brk
+x
fix_com
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0043]
式中，x
fix
为当前行驶状态下定速巡航最小安全距离。
[0044]
步骤三：根据步骤一中采集的数据，基于跟车行驶安全距离模型计算当前行驶状态下跟车行驶的最小安全距离，判断当前车辆是否满足跟车行驶的条件，若满足，则进入步骤四，若不满足，则进入步骤六；
[0045]
其中，计算跟车行驶最小安全距离的跟车行驶安全距离模型如下：
[0046]
跟车行驶最小安全距离是保障车辆安全行驶的一个重要数据，当实际车距大于跟车行驶最小安全距离时，车辆执行跟车行驶，当实际车距小于跟车行驶最小安全距离时，车辆会采取必要的紧急制动措施；跟车行驶最小安全距离的计算不仅与自车的行驶状态有关，同时也受到前车行驶状态的影响；本发明以遇到前车紧急制动时自车采取紧急制动而不发生碰撞事故的极限工况计算跟车行驶最小安全距离，车辆制动过程距离示意图如图3所示；
[0047]
自车紧急制动需求距离模型如下：
[0048]
汽车制动过程可以分为4个时间段，分别为驾驶员反应时间段t1，这段时间车辆减速度为0；制动器协调时间段t2，这是由于制动器物理条件决定的，此时车辆减速度依然为0；制动器作用时间段t3，指减速度从0增加到最大时所需要的时间，此时车辆减速度匀变速变化；制动器持续时间段t4，指车辆减速度保持最大值所持续的时间，此时车辆减速度保持最大值，车辆做匀减速运动；车辆制动过程加速度变化示意图如图4所示；
[0049]
车辆自适应巡航过程中由车辆自主进行决策，故不考虑驾驶员反应时间，当车辆紧急制动开始时，制动器协调时间段内车辆行驶的距离为：
[0050]
s2＝v
cur_brk
t2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0051]
式中，s2为制动器协调时间段内车辆行驶的距离，v
cur_brk
为车辆开始紧急制动时的速度；
[0052]
制动器作用时间段内车辆任意时刻减速度为：
[0053][0054]
制动器作用时间段内车辆任意时刻速度为：
[0055][0056]
制动器作用时间段内车辆行驶的距离为：
[0057][0058]
式中，a3为制动器作用时间段内车辆任意时刻减速度，v3为制动器作用时间段内车辆任意时刻速度，s3为制动器作用时间段内车辆行驶的距离，a
max
为车辆最大减速度，t
3_time
为制动器作用时间段内计时时间；
[0059]
制动器持续时间段内车辆任意时刻速度为：
[0060][0061]
制动器持续时间段内车辆行驶距离为：
[0062][0063]
式中，v4为制动器持续时间段内车辆任意时刻速度，s4为制动器持续时间段内车辆行驶距离，t
4_time
为制动器持续时间段内计时时间；
[0064]
则自车紧急制动需求距离为：
[0065]
x
own_brk
＝s2+s3+s4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0066]
式中，x
own_brk
为自车紧急制动需求距离；
[0067]
前车紧急制动需求距离模型如下：
[0068][0069]
式中，v
front_cur
为前车当前车速，v
front_fin
为前车紧急制动结束后速度，a
front_max
为前车紧急制动最大减速度，x
front_brk
为前车紧急制动需求距离；
[0070]
跟车行驶下补偿距离为：
[0071]
x
fol_com
＝k
folvcur
+b
fol
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0072]
式中，x
fol_com
为跟车行驶补偿距离，k
fol
为跟车行驶时的速度补偿系数，b
fol
为跟车行驶时的固定常数；
[0073]
则跟车行驶安全距离模型为：
[0074]
x
fol
＝x
own_brk
+x
fol_com-x
front_brk
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0075]
式中，x
fol
为跟车行驶最小安全距离。
[0076]
步骤四：根据步骤一中采集的数据，首先计算驾驶员速度不满意度，当驾驶员速度不满意度达到一定阈值时，则判定此时驾驶员希望换道行驶，再根据自车周围环境数据判断当前工况是否满足换道行驶条件，若满足，则进入步骤五，若不满足，基于可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，车辆执行跟车行驶；
[0077]
其中，计算驾驶员速度不满意度模型如下：
[0078]
驾驶员速度不满意度描述的是驾驶员期望车速与实际车速的差值随时间的累积量，则驾驶员速度不满意度模型如下：
[0079][0080]
式中，v
sta
为速度不满意度，t
fol_time
为跟车行驶时间段内计时时间，v
exp
为驾驶员期望车速；
[0081]
计算期望跟车距离的可变安全车头时距模型(vsth)如下：
[0082]
车辆执行跟车行驶时，需要保障合理的、安全的跟车距离，跟车距离过近在遇到突发工况时可能导致碰撞事故的发生，跟车距离过远影响道路通行率，同时可能会有旁车加塞的情况，影响驾驶体验。本发明在车头时距中设计自车紧急制动时间作为安全时间基准，并辅以自车与前车的相对速度、前车加速度预测前车未来运动趋势，从而设计出可变安全车头时距模型；
[0083]
期望跟车距离为：
[0084]
x
exp
＝t
head_disvcur
+x
exp_com
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0085]
式中，x
exp
为期望跟车距离，t
head_dis
为车头时距，x
exp_com
为期望跟车距离补偿距离；
[0086]
其中，t
head_dis
＝k
t0
t
brk-k
t1
(v
cur-v
front_cur
)-k
t2afront_cur
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0087]
x
exp_com
＝k
expvcur
+b
exp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0088]
式中，k
t0
、k
t1
、k
t2
均为固定系数，t
brk
为自车紧急制动需求时间，a
front_cur
为前车当前加速度，k
exp
为计算期望跟车距离的速度补偿系数，b
exp
为计算期望跟车距离的固定常数；
[0089]
其中，t
brk
＝t2+t3+t4。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0090]
步骤五：车辆执行基于b样条曲线换道行驶，换道结束进入步骤二；
[0091]
其中，基于b样曲线条换道模型如下：
[0092]
本发明采用四阶b样条曲线，设p0，p1，p2，p3，p4，p5共六个控制点，则四阶b样条曲线公式为：
[0093][0094]
式中，pb为换道过程中横纵位移坐标向量，u为自变量，b
i，4
(u)为第i个四阶b样条基函数；
[0095]
其中，第i个四阶b样条基函数的德布尔-考克斯递推式如下：
[0096][0097]
式中，ui为一组非递减连续变化的节点矢量，b
i，3
(u)为第i个三阶b样条基函数；
[0098]
步骤六：根据步骤一中采集的数据，判断车辆是否处于突发工况，若是，则进入步骤七，若否则返回步骤二；
[0099]
步骤七：根据步骤一中采集的数据，基于安全距离模型计算车辆当前行驶状态下紧急制动需求制动距离，判断采用紧急制动避撞策略是否能够避免碰撞，若是，则执行紧急制动避撞策略，若否，则进入步骤八；
[0100]
其中，计算紧急制动需求制动距离(x
owm_brk
)模型在步骤三中已经介绍，此处不再重复叙述；
[0101]
步骤八：根据步骤一中采集的数据，基于五次多项式换道模型计算车辆紧急换道避撞需求距离，判断采用紧急换道避撞策略是否能够避免避撞，若是，则执行基于五次多项式的紧急换道避撞策略，若否，则进入步骤九；
[0102]
其中，基于五次多项式换道模型如下：
[0103][0104]
式中，x
change
为换道过程中的横向位移，t
chg_time
为换道过程中的计时时间，m0、m1、m2、m3、m4、m5均为换道过程中横向位移五次多项式的系数，y
change
为换道过程中的纵向位移，n0、n1、n2、n3、n4、n5均为换道过程中纵向位移五次多项式的系数；
[0105]
为避免自车与前车发生碰撞，当自车车头与前车车尾行驶到同一水平面时，要保障此时不发生碰撞，把车辆视为均为的长方体，设自车车宽为l
own
，前车车宽为l
froot
，则计算
车辆紧急换道避撞需求距离模型为：
[0106]
令，
[0107]
则保障车辆不发生碰撞时车辆需求横向位移时间模型为：
[0108][0109]
式中，t
chg_safe
为保障车辆不发生碰撞时车辆需求横向位移时间；
[0110]
则车辆紧急换道避撞需求距离x
chg_safe
为：
[0111][0112]
式中，x
chg_safe
为车辆紧急换道避撞需求距离；
[0113]
步骤九：车辆碰撞不可避免，采用最大制动力进行紧急制动，并发出蜂鸣声提醒乘车人员。
[0114]
如图2所示，申请实施例提供的车间距分布区域示意图，其中，自适应巡航过程中共分为4个区间范围，分别为：定速巡航范围、跟车行驶范围，并在此范围内可能产生基于b样条曲线的换道行为、紧急制动避撞和紧急换道避撞双模式避撞范围、无法避免碰撞范围，4个区间范围由定速巡航最小安全距离、跟车行驶最小安全距离、无法避免碰撞距离三个数值区分，同时在跟车行驶过程中需要计算期望跟车距离。
[0115]
如图3所示，本技术实施例提供的车辆制动过程距离示意图，其中，补偿距离是车辆制动结束后自车与前车的相对距离，其是保证制动安全的最小接触距离，自车制动距离加补偿距离即为自车制动需求的总距离，再减去前车制动距离，即为自车与前车最小安全制动距离。
[0116]
如图4所示，本技术实施例提供的车辆制动过程加速度变化示意图，车辆制动过程共分为4时间段，分别为驾驶员反应时间段t1、制动器协调时间段t2、制动器作用时间段t3、制动器持续时间段t4；其中，驾驶员反应时间段内车辆减速度为0，制动器协调时间段内车辆减速度依然为0，制动器协调时间段内车辆减速度匀变速变化，制动器持续时间段内车辆减速度保持最大值。
[0117]
需要说明的是，本技术适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法的主要包括如下：
[0118]
首先，通过传感器采集自车行驶状态数据以及自车周围环境数据；接着基于安全距离模型计算当前行驶状态下定速巡航的最小安全距离，并判断当前车辆是否满足定速巡航的条件，若满足，则车辆执行定速巡航，若不满足则进行下一步判定；基于安全距离模型计算当前行驶状态下跟车行驶的最小安全距离，判断当前车辆是否满足跟车行驶的条件，若满足，则车辆执行跟车行驶，在此阶段，基于可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，并以期望跟车距离为优化目标控制车辆实际跟车距离，同时，为提高驾驶员乘车舒适性和道路通行率，设计基于b样条曲线换道行驶控制策略，其中，通过计算驾驶员速度不满意度和实际车辆换道环境条件决策是否执行换道，若不满足跟车行驶条件则进行下一步判定；根据采集的数据判断车辆是否处于突发工况，如前方车辆紧急制动、前方车辆遇到车祸、前方车辆掉落障碍物等，若是，则车辆执行紧急制动避撞和基于五次多项式紧急换道避撞双
模式避撞控制策略，首先基于安全距离模型计算车辆当前行驶状态下紧急制动需求制动距离，由于紧急制动避撞技术要求简单，且安全性更高，因此优先选用紧急制动避撞控制策略，但随着车速的提高，紧急换道避撞需求安全距离比紧急制动需求安全距离更小，因此当判定紧急制不能避免碰撞时，则基于五次多项式换道模型计算车辆紧急换道避撞需求距离，并判定紧急换道制动是否能够避免碰撞，若判定为是，车辆执行紧急换道避撞控制策略，若判定为否，则车辆碰撞不可避免，车辆采用最大制动力进行紧急制动，并发出蜂鸣声提醒乘车人员。
[0119]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采集自车行驶状态数据以及自车周围环境数据；步骤二：根据步骤一中采集的数据，基于定速巡航安全距离模型计算当前行驶状态下定速巡航的最小安全距离，判断当前车辆是否满足定速巡航的条件，若满足，则车辆执行定速巡航，若不满足，则进入步骤三；步骤三：根据步骤一中采集的数据，基于跟车行驶安全距离模型计算当前行驶状态下跟车行驶的最小安全距离，判断当前车辆是否满足跟车行驶的条件，若满足，则进入步骤四，若不满足，则进入步骤六；步骤四：根据步骤一中采集的数据，计算驾驶员速度不满意度，依据驾驶员速度不满意度和步骤一中采集的自车周围环境数据，判断是否满足换道条件，若满足，则进入步骤五，若不满足，基于可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，车辆执行跟车行驶；步骤五：车辆执行基于b样条曲线换道行驶，换道结束进入步骤二；步骤六：根据步骤一中采集的数据，判断车辆是否处于突发工况，若是，则进入步骤七，若否则返回步骤二；步骤七：根据步骤一中采集的数据，基于安全距离模型计算车辆当前行驶状态下紧急制动需求制动距离，判断采用紧急制动避撞策略是否能够避免碰撞，若是，则执行紧急制动避撞策略，若否，则进入步骤八；步骤八：根据步骤一中采集的数据，基于五次多项式换道模型计算车辆紧急换道避撞需求距离，判断采用紧急换道避撞策略是否能够避免避撞，若是，则执行基于五次多项式的紧急换道避撞策略，若否，则进入步骤九；步骤九：车辆碰撞不可避免，采用最大制动力进行紧急制动，并发出蜂鸣声提醒乘车人员。2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤二中，所述计算当前行驶状态下定速巡航最小安全距离的定速巡航安全距离模型为：定速巡航下自车安全制动距离为：式中，x
fix_brk
为定速巡航下自车安全制动距离，v
cur
为车辆当前车速，v
fin
为车辆安全制动结束后速度，a
fix
为定速巡航安全制动时的减速度；定速巡航下补偿距离为：x
fix_com
＝k
fix
v
cur
+b
fix
ꢀꢀꢀ
(2)式中，x
fix_com
为定速巡航下补偿距离，k
fix
为定速巡航下的速度补偿系数，b
fix
为定速巡航下的固定常数；则定速巡航安全距离模型为：x
fix
＝x
fix_brk
+x
fix_com
ꢀꢀꢀ
(3)式中，x
fix
为当前行驶状态下定速巡航最小安全距离。3.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在
于，步骤三中，所述计算当前行驶状态下跟车行驶最小安全距离的跟车行驶安全距离模型为：自车紧急制动需求距离模型如下：汽车制动过程可以分为4个时间段，分别为驾驶员反应时间段t1，这段时间车辆减速度为0；制动器协调时间段t2，这是由于制动器物理条件决定的，此时车辆减速度依然为0；制动器作用时间段t3，指减速度从0增加到最大时所需要的时间，此时车辆减速度匀变速变化；制动器持续时间段t4，指车辆减速度保持最大值所持续的时间，此时车辆减速度保持最大值，车辆做匀减速运动；车辆自适应巡航过程中由车辆自主进行决策，故不考虑驾驶员反应时间，当车辆紧急制动开始时，制动器协调时间段内车辆行驶的距离为：s2＝v
cur_brk
t2ꢀꢀꢀ
(4)式中，s2为制动器协调时间段内车辆行驶的距离，v
cur_brk
为车辆开始紧急制动时的速度；制动器作用时间段内车辆任意时刻减速度为：制动器作用时间段内车辆任意时刻速度为：制动器作用时间段内车辆行驶的距离为：式中，a3为制动器作用时间段内车辆任意时刻减速度，v3为制动器作用时间段内车辆任意时刻速度，s3为制动器作用时间段内车辆行驶的距离，a
max
为车辆最大减速度，t
3_time
为制动器作用时间段内计时时间；制动器持续时间段内车辆任意时刻速度为：制动器持续时间段内车辆行驶距离为：式中，v4为制动器持续时间段内车辆任意时刻速度，s4为制动器持续时间段内车辆行驶距离，t
4_time
为制动器持续时间段内计时时间；则自车紧急制动需求距离为：x
own_brk
＝s2+s3+s4ꢀꢀꢀ
(10)式中，x
own_brk
为自车紧急制动需求距离；前车紧急制动需求距离模型如下：
式中，v
front_cur
为前车当前车速，v
front_fin
为前车紧急制动结束后速度，a
front_max
为前车紧急制动最大减速度，x
front_brk
为前车紧急制动需求距离；跟车行驶下补偿距离为：x
fol_com
＝k
fol
v
cur
+b
fol
ꢀꢀꢀ
(12)式中，x
fol_com
为跟车行驶补偿距离，k
fol
为跟车行驶时的速度补偿系数，b
fol
为跟车行驶时的固定常数；则跟车行驶安全距离模型为：x
fol
＝x
own_brk
+x
fol_com-x
front_brk
ꢀꢀꢀ
(13)式中，x
fol
为跟车行驶最小安全距离。4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤四中，所述计算驾驶员速度不满意度模型为：驾驶员速度不满意度描述的是驾驶员期望车速与实际车速的差值随时间的累积量，则驾驶员速度不满意度模型如下：式中，v
sta
为速度不满意度，t
fol_time
为跟车行驶时间段内计时时间，v
exp
为驾驶员期望车速。5.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤四中，所述计算期望跟车距离的可变安全车头时距模型为：在车头时距中设计自车紧急制动时间作为安全时间基准，并辅以自车与前车的相对速度、前车加速度预测前车未来运动趋势，从而设计出可变安全车头时距模型；期望跟车距离为：x
exp
＝t
head_dis
v
cur
+x
exp_com
ꢀꢀꢀ
(15)式中，x
exp
为期望跟车距离，t
head_dis
为车头时距，x
exp_com
为期望跟车距离补偿距离；其中，t
head_dis
＝k
t0
t
brk-k
t1
(v
cur-v
front_cur
)-k
t2
a
front_cur
ꢀꢀꢀ
(16)x
exp_com
＝k
exp
v
cur
+b
exp
ꢀꢀꢀ
(17)式中，k
t0
、k
t1
、k
t2
均为固定系数，t
brk
为自车紧急制动需求时间，a
front_cur
为前车当前加速度，k
exp
为计算期望跟车距离的速度补偿系数，b
exp
为计算期望跟车距离的固定常数；其中，t
brk
＝t2+t3+t4。
ꢀꢀꢀ
(18)。6.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤四中，所述换道行驶和跟车行驶的判断：根据步骤一中采集的数据，首先计算驾驶员速度不满意度，当驾驶员速度不满意度达到一定阈值时，则判定此时驾驶员希望换道行驶，再根据自车周围环境数据判断当前工况是否满足换道行驶条件，若满足，则进入步骤五执行换道行驶，若不满足，基于可变安全车头时距模型计算期望跟车距离，车辆执行跟车行驶。7.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤八中，所述基于五次多项式换道模型的计算车辆紧急换道避撞需求距离模型为：基于五次多项式换道模型如下：
式中，x
change
为换道过程中的横向位移，t
chg_time
为换道过程中的计时时间，m0、m1、m2、m3、m4、m5均为换道过程中横向位移五次多项式的系数，y
change
为换道过程中的纵向位移，n0、n1、n2、n3、n4、n5均为换道过程中纵向位移五次多项式的系数；为避免自车与前车发生碰撞，当自车车头与前车车尾行驶到同一水平面时，要保障此时不发生碰撞，把车辆视为均为的长方体，设自车车宽为l
own
，前车车宽为l
front
，则计算车辆紧急换道避撞需求距离模型为：令，则保障车辆不发生碰撞时车辆需求横向位移时间为：式中，t
chg_safe
为保障车辆不发生碰撞时车辆需求横向位移时间；则车辆紧急换道避撞需求距离为：式中，x
chg_safe
为车辆紧急换道避撞需求距离。8.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤七、八和九中，所述车辆遇到突发工况时的控制策略：首先，根据步骤一中采集的数据，基于安全距离模型计算车辆当前行驶状态下紧急制动需求制动距离，判断采用紧急制动避撞策略是否能够避免碰撞，若是，则执行紧急制动避撞策略，若否，根据步骤一中采集的数据，基于五次多项式换道模型计算车辆紧急换道避撞需求距离，判断采用紧急换道避撞策略是否能够避免避撞，若是，则执行基于五次多项式的紧急换道避撞策略，若否，车辆碰撞不可避免，采用最大制动力进行紧急制动，并发出蜂鸣声提醒乘车人员。

技术总结
本发明公开了一种适用于复杂工况的车辆自适应巡航控制方法。包括如下步骤：根据车辆采集数据，计算定速巡航最小安全距离，判断车辆是否满足定速巡航条件，若是则执行定速巡航；计算跟车行驶最小安全距离，判断车辆是否满足跟车行驶条件，若是则执行跟车行驶，基于可变安全车头时距模型(VSTH)计算期望跟车距离，并依据驾驶员速度不满意度和环境条件决策是否换道行驶；判断车辆是否处于突发工况，若是，则车辆执行双模式避撞控制策略，若无法避免碰撞，则车辆采用最大制动力进行紧急制动。本申请的有益效果如下：搭建可变安全车头时距模型(VSTH)，在跟车行驶时提供安全可靠的期望跟车距离，搭建双模式避撞控制策略，最大化避免车辆碰撞事故发生。免车辆碰撞事故发生。免车辆碰撞事故发生。


技术研发人员：朱曰莹 王鹏龙 蔡佳文 幸超 史明义 王宝月
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/13