[发明专利]一种基于滚动优化参数的TTC的车辆安全防撞控制方法

摘要

本发明公开了一种基于滚动优化参数的TTC的车辆安全防撞控制方法，控制车通过车载传感器获取目标车的位置信息、速度信息和加速度信息，并将自身信息输入到计算模块，得到两车间距、两车间相对速度和控制车加速度等信息，并进行滚动优化计算，在目标函数和约束条件作用下，得到性能较好、鲁棒性较强的参数，并输入到二阶TTC安全防撞时间模型中进行判断计算。本发明通过滚动优化算法得到优化的性能指标与未经过优化的性能指标相比，性能指标数值经过滚动优化后，在目标函数和约束条件的作用下，更加符合实际情况，能够预测目标车下一时刻的运动，控制车相应地做出动作，防止碰撞，具有较高的精确度，能够很好计算出当前时刻的TTC数值。

主权项

1.一种基于滚动优化参数的TTC的车辆安全防撞控制方法，其特征在于：包括以下步骤：A、建立二阶TTC碰撞模型车辆安全防撞时间模型的指标为碰撞点时间，简称TTC；TTC最初的定义是两车保持当前车速行驶直到发生碰撞所需的时间，用于判断危险碰撞的依据，其计算公式为：式中，Δx为控制车与目标车之间的相对距离，v_rel为控制车与目标车之间的相对速度，为控制车与目标车之间的相对加速度，上述参数均由车载传感器检测得到；B、建立状态空间模型对控制车和目标车的纵向相对距离的识别是安全防撞系统的重要因素之一，两车之间的位置关系式如下：Δx(k)＝x_o(k)‑x_c(k)                           (2)式中，Δx(k)为两车实际位置距离，x_o(k)为第k时刻目标车位置，x_c(k)为第k时刻控制车位置；根据离散微分原理得到控制车加速度a_c(k)如下：式中，v_c(k)是第k时刻控制车的速度，v_c(k‑1)为第k‑1时刻控制车的速度；T为安全防撞系统的采样时间，；设实际的控制车加速度和期望的控制车加速度满足如下关系式：式中，τ为安全防撞系统的控制时间系数，u(k)为第k时刻的期望加速度；整理得到如下的离散运动学方程：v_rel(k+1)＝v_rel(k)+a_o(k)·T‑a_c(k)·T                (6)v_c(k+1)＝v_c(k)+a_c(k)·T                   (7)将目标车加速度作为状态空间模型的扰动量，通过对控制车的加速度的控制作为提高状态空间模型的鲁棒性和控制精度，选取两车间距Δx、控制车速度v_c(k)、两车间相对速度v_rel(k)和控制车加速度a_c(k)作为状态量；根据式(5)‑(8)得：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Gλ(k)                            (9)其中：x(k)＝[Δx(k),v_c(k),v_rel(k),a_c(k)]^T选取两车间距、控制车速度、两车间相对速度和控制车加速度作为优化性能指标，状态空间模型的输出方程为：y(k)＝Cx(k)                       (10)其中：y(k)＝[Δx(k),v_c(k),v_rel(k),a_c(k)]^T根据式(9)、(10)得到状态空间模型如下：C、滚动优化计算滚动优化计算主要包括三个特征：预测模型、滚动优化、反馈校正；设当前时刻为k，控制过程中，始终存在一条期望参考轨迹，以时刻k作为当前时刻，结合当前的测量值和预测模型，通过求解满足目标函数和约束优化的问题，得到在控制时域[k,k+p]内一系列的控制序列，并将控制序列的第一个元素作为受控对象的实际控制量，进行到下一时刻k+1时刻，重复上述过程，进行滚动优化计算，实现对被控制对象的持续控制，具体步骤如下：由状态空间模型对预测时域内的状态量进行预测得：其中：预测矩阵如下所示：定义期望输出为：为了使可优化性能指标逼近期望数值，考虑如下优化问题：式中，J为目标函数表示符号，p为控制时域，Γ_y为权重系数，对角矩阵；上述优化问题必须考虑物理条件的限制，因此需要对可优化的性能指标进行数值的约束，分别对性能优化参数进行约束：两车间距保持在安全碰撞距离外，控制车速保持在最值之间，两车相对速度保持在最值之间以及控制车加速度保持在最值之间；因此整个滚动优化计算考虑的优化问题和约束条件为：Subject toΔx(k)≥d_sv_cmin≤v_c(k)≤v_cmaxv_relmin≤v_rel(k)≤v_relmaxa_cmin≤a_c(k)≤a_cmax式中，d_s为安全碰撞距离；v_cmin和v_cmax分别为控制车速度的最小值和最大值；v_relmin和v_relmax分别为两车间相对速度的最小值和最大值；a_cmin和a_cmax分别为控制车加速度的最小值和最大值；将滚动优化计算出的两车间距Δx、控制车速度v_c、两车间相对速度v_rel和控制车加速度a_c输入到式(1)所示的二阶TTC安全防撞时间模型中计算得到碰撞时间TTC，并与预先设定好的时间阈值进行比较；根据营运车辆AEBs测试标准，当计算值大于阈值4.4s时，控制车正常行驶，不发出碰撞预警；当计算值介于1.4s‑4.4s时，控制车发出碰撞预警；当计算值小于阈值1.4s时，控制车制动机构自动接收减速或制动指令进行车辆的减速或制动行为，防止车辆发生碰撞。