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基于动力同步的车辆行驶间距控制系统及方法

阅读：733发布：2023-12-28

专利汇可以提供基于动力同步的车辆行驶间距控制系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明特别涉及一种基于动力同步的车辆行驶间距控制系统，包括雷达、V2V通信单元、车辆控制单元以及动力/ 制动执行单元，所述的雷达和V2V通信单元均与车辆控制单元相连，雷达设置在车头用于检测本车与前车之间的距离，本车和前车通过两车上设置的V2V通信单元进行通信，车辆控制单元接收雷达输出的距离信息和V2V通信单元输出的前车动力和制动等级信息并进行处理；车辆控制单元的输出端连接动力/制动执行单元用于驱动动力/制动执行单元动作；以及其控制方法。本装置调整速度快、安全性高，间距控制较为稳定；本方法控制过程非常简便。，下面是基于动力同步的车辆行驶间距控制系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于动力同步的车辆行驶间距控制系统，其特征在于：包括雷达、V2V通信单元、车辆控制单元以及动力/制动执行单元，所述的雷达和V2V通信单元均与车辆控制单元相连，雷达设置在车头用于检测本车与前车之间的距离，本车和前车通过两车上设置的V2V通信单元进行通信，车辆控制单元接收雷达输出的距离信息和V2V通信单元输出的前车动力和制动等级信息并进行处理；车辆控制单元的输出端连接动力/制动执行单元用于驱动动力/制动执行单元动作。
2.如权利要求1所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制系统，其特征在于：所述的雷达为毫米波雷达，车辆控制单元为车辆ECU。
3.一种基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(A)启动雷达、V2V通信单元，实时监测前车和后车的间距以及前车的动力等级和制动等级；
(B)判断前车和后车的间距是否小于最小安全距离δ，若小于，车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作增加前车和后车的间距；若大于或等于，则执行下一步；
(C)判断前车的动力等级与本车的动力等级是否大于等于1，若条件满足，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车动力等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，则执行下一步；
(D)判断前车的制动等级与本车的制动等级是否大于等于1，若条件满足，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车制动等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，返回步骤A通过测距传感器进行误差反馈调节继续监控直至结束。
4.如权利要求3所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：所述的步骤C和步骤D中，车辆的动力等级和制动等级按如下步骤进行比较：
(S1)根据车辆动力和制动输出大小，对车辆进行分级得到动力输出分级和制动输出分级；
(S2)根据车辆不同级别之间的动力和制动输出，制定不同车辆之间不同分级之间的对应规则，建立动力和制动输出对应规则；
(S3)根据动力和制动输出对应规则即可判断动力等级是否大于等于1或制动等级是否大于等于1。
5.如权利要求4所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，包括以下步骤：
(S11)根据所有车辆能够输出的动力整体能力强弱进行M个级别的分级，记本车的动力等级为m；
(S12)根据本车能够输出的最小动力和最大动力进行N个级别的分级，记本车当前的动力输出等级为n；
(S13)根据步骤S11和步骤S12得到本车的动力输出等级C(m，n)。
6.如权利要求5所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，包括以下步骤：
(S14)根据所有车辆能够输出的最小制动和最大制动进行M′个级别的分级，记本车的制动等级为m′；
(S15)根据本车能够输出的最小制动和最大制动进行N′个级别的分级，记本车当前的制动输出等级为n′；
(S16)根据步骤S14和步骤S15得到本车的制动输出等级B(m′，n′)。
7.如权利要求5所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：本车能够输出的最小动力即车辆以怠速行驶时的动力输出，本车能够输出的动最大动力即车辆以全油门行驶时的动力输出，所述步骤S12中根据最小动力和最大动力平均分级且N＝7，步骤S11中，M＝5。
8.如权利要求7所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：所述的动力输出对应规则为：C(m，n)＝C(m-1，n+1)。
9.如权利要求6所述的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，其特征在于：所述步骤S14中，M′＝5，步骤S15中根据最小制动和最大制动平均分级且N′＝7；制动输出对应规则为：B(m′，n′)＝B(m′-1，n′+1)。

说明书全文

基于动力同步的车辆行驶间距控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及自动驾驶技术领域，特别涉及一种基于动力同步的车辆行驶间距控制系统及方法。

背景技术

[0002] 随着汽车工业的不断发展，自动驾驶车辆已成为时下各大厂商重点关注的对象。但在当前发展阶段，实现完全的无人驾驶还有一定距离，而局部的自动驾驶也能够在很大程度上减轻驾驶员的疲劳及在特定情况下提高行车安全性。在各种自动驾驶行驶工况之中，车辆的队列跟随行驶是最常见情况。在这种情况下，车辆之间的行驶间距控制就成为问题的核心要素。现有的间距控制方法中，存在着诸多不足：第一，有些方法在理论上能达到很好的效果，但没有考虑到真实环境中车辆存在的性能及制动差异；第二，有些间距控制方法过于复杂，不便于实际应用；第三，当前一些得到应用的方法，只能够根据位于车头的雷达获取前车信息，信息获取不够立体，控制输入单一，无法达到理想的小间距跟随；第四，一些通过无线通信获取前车信息的控制方法对通信质量的要求较高，而实际通信环境下可能会发生通信的不稳定导致信息丢包，影响控制效果。

发明内容

[0003] 本发明的首要目的在于提供一种控制简便、调速快且安全性高的基于动力同步的车辆行驶间距控制系统。

[0004] 为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于动力同步的车辆行驶间距控制系统，包括雷达、V2V通信单元、车辆控制单元以及动力/制动执行单元，所述的雷达和V2V通信单元均与车辆控制单元相连，雷达设置在车头用于检测本车与前车之间的距离，本车和前车通过两车上设置的V2V通信单元进行通信，车辆控制单元接收雷达输出的距离信息和V2V通信单元输出的前车动力和制动等级信息并进行处理；车辆控制单元的输出端连接动力/制动执行单元用于驱动动力/制动执行单元动作。

[0005] 与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：同时采用车头雷达和V2V通信两种方式获取前车信息，能在一定程度上缩小跟车间距，车头雷达采集距离可以保证两车行驶时能够维持在安全距离上，再通过V2V通信单元将前车的动力和制动等级信息传输给本车，通过同步动力和制动等级的方式来控制本车与前车的间距，本装置调整速度快、安全性高，间距控制较为稳定。

[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种控制简便、调速快且安全性高的基于动力同步的车辆行驶间距控制方法。

[0007] 为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，包括以下步骤：(A)启动雷达、V2V通信单元，实时监测前车和后车的间距以及前车的动力等级和制动等级；(B)判断前车和后车的间距是否小于最小安全距离δ，若小于，车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作增加前车和后车的间距；若大于或等于，则执行下一步；(C)判断前车的动力等级与本车的动力等级是否大于等于1，若条件满足，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车动力等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，则执行下一步；(D)判断前车的制动等级与本车的制动等级是否大于等于1，若条件满足，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车制动等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，返回步骤A通过测距传感器进行误差反馈调节继续监控直至结束。

[0008] 与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：同时采用车头雷达和V2V通信两种方式获取前车信息，能在一定程度上缩小跟车间距，车头雷达采集距离可以保证两车行驶时能够维持在安全距离上，再通过V2V通信单元将前车的动力和制动等级信息传输给本车，通过同步动力和制动等级的方式来控制本车与前车的间距，本方法控制过程非常简便，只是简单的判断，无需复杂的数据处理，所以调整速度快，间距控制较为稳定。附图说明

[0009] 图1是本发明的原理框图；

[0010] 图2是本发明的控制流程图；

[0011] 图3是本发明中动力输出等级同步流程图；

[0012] 图4是车辆动力分级规则示意图；

[0013] 图5是车辆制动分级规则示意图。

具体实施方式

[0014] 下面结合图1至图5，对本发明做进一步详细叙述。

[0015] 参阅图1，一种基于动力同步的车辆行驶间距控制系统，包括雷达、V2V通信单元、车辆控制单元以及动力/制动执行单元，所述的雷达和V2V通信单元均与车辆控制单元相连，雷达设置在车头用于检测本车与前车之间的距离，本车和前车通过两车上设置的V2V通信单元进行通信，车辆控制单元接收雷达输出的距离信息和V2V通信单元输出的前车动力和制动等级信息并进行处理；车辆控制单元的输出端连接动力/制动执行单元用于驱动动力/制动执行单元动作。同时采用车头雷达和V2V通信两种方式获取前车信息，能在一定程度上缩小跟车间距，车头雷达采集距离可以保证两车行驶时能够维持在安全距离上，再通过V2V通信单元将前车的动力和制动等级信息传输给本车，通过同步动力和制动等级的方式来控制本车与前车的间距，本装置调整速度快、安全性高，间距控制较为稳定。优选地，所述的雷达为毫米波雷达，毫米波具有体积小、质量轻、空间分辨率高的特点，它穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点，它还能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标，因而非常广泛的应用在车辆测距上面。为了降低系统成本，本车的车辆控制单元为车辆本身自带的ECU。

[0016] 参阅图2、图3，优选地，一种基于动力同步的车辆行驶间距控制方法，包括以下步骤：(A)启动雷达、V2V通信单元，实时监测前车和后车的间距以及前车的动力等级和制动等级；(B)判断前车和后车的间距是否小于最小安全距离δ，若小于，车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作增加前车和后车的间距；若大于或等于，则执行下一步；(C)判断前车的动力等级与本车的动力等级是否大于等于1，若条件满足，即动力等级差大于等于1，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车动力等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，即动力等级差小于1，也即两者相等，则执行下一步；(D)判断前车的制动等级与本车的制动等级是否大于等于1，若条件满足，即两者制动等级差大于等于1，则车辆控制单元驱动动力/制动执行单元动作，将本车制动等级同步到与前车相同等级；若条件不满足，即两者制动等级差小于1，也即两者相等，返回步骤A通过测距传感器进行误差反馈调节继续监控直至结束。这里，通过引入动力输出等级和制动输出等级，在距离监控的基础上，通过动力分级和制动分级来进行车辆间距的控制，因而控制过程非常简便，只是简单的判断，无需复杂的数据处理，所以调整速度快，间距控制较为稳定。

[0017] 在控制过程中将V2V信息当作控制的前馈项，通过V2V通信去调节车辆之间的间距属于基于前馈的开环控制，而开环控制在控制过程有扰动出现后(如车辆轮胎打滑，路面不平整等)结果会出现误差(由扰动造成的实际间距与期望控制达到的间距的差值)。通过基于车头毫米波雷达的反馈控制去消除误差，反馈控制可以对比控制输入与输出，从而消除误差。

[0018] 本发明中优选地，所述的步骤C和步骤D中，车辆的动力等级和制动等级按如下步骤进行比较：(S1)根据车辆动力和制动输出大小，对车辆进行分级得到动力输出分级和制动输出分级；(S2)根据车辆不同级别之间的动力和制动输出，制定不同车辆之间不同分级之间的对应规则，建立动力和制动输出对应规则；(S3)根据动力和制动输出对应规则即可判断动力等级是否大于等于1或制动等级是否大于等于1。步骤S1主要是对车辆进行动力输出分级和制动输出分级，为后续的比较提供基础数据；步骤S2主要是将所有车辆的动力输出分级和制动输出分级对应起来，使得不同种类的车辆之间也能进行分级比较。

[0019] 参阅图4，动力输出分级方法有很多，本发明中优选地，所述的步骤S1中，包括以下步骤：(S11)根据所有车辆能够输出的动力整体能力强弱进行M个级别的分级，记本车的动力等级为m；这里分级时，一般综合发动机排量、发动机结构、变速箱结构以及调校、车辆ECU调校、车身质量、轮胎摩擦系数、车辆驱动结构、车身风阻系数等因素来评定的，比如本发明中优选地，M取值为5，即将车辆总体的动力输出水平分为弱(NB)、较弱(NW)、中等(Z)、较强(PM)、强(PB)五个等级，动力较差的某经济型面包车可能被评定为1级，某运动型轿车可能被评定为3级，某动力超强的超级跑车被评定为5级。(S12)根据本车能够输出的最小动力和最大动力进行N个级别的分级，本车能够输出的最小动力即车辆以怠速行驶时的动力输出，本车能够输出的动最大动力即车辆以全油门行驶时的动力输出，记本车当前的动力输出等级为n；本实施例中根据最小动力和最大动力平均分级，N取值为7，即将车辆的动力输出分为极弱(NB)、弱(NW)、较弱(NS)、中等(Z)、较强(PS)、强(PM)、极强(PB)七个等级；(S13)根据步骤S11和步骤S12得到本车的动力输出等级C(m，n)。

[0020] 试验人员通过测试发现，按照M＝5和N＝7这样分级后，C(m，n)和C(m-1，n+1)的动力输出基本是差不多的，因此，动力输出对应规则为：C(m，n)＝C(m-1，n+1)。如果M和N的取值不同，其对应规则也是不同的，具体的参数选择可以按照实际的情况进行选择。总的来说，分级越多，动力和制动输出等级划分越详细，其对应规则也越复杂，故本实施例中选择了一个较为合适的等级划分。

[0021] 图4的表中，某些表格中出现NONE值，是因为考虑到动力同步中的合理性及实际因素中的情况，即某经济型面包车几乎不会以动力输出最弱的怠速行驶，某超级跑车也不会在实际路况下以动力输出最强的全油门行驶，故考虑合理性将动力最弱以及最强共6个匹配值从匹配规则中去除，即C(m，n)≠C(1，1)，C(1，2)，C(2，1)，C(4，7)，C(5，6)，C(5，7)。

[0022] 下面通过具体的例子来详细阐述下上述步骤，假设本车为某运动型轿车，前车为某经济型面包车。当前车以极强动力输出时动力输出等级为C(1，7)，本车以较强动力输出时动力输出等级为C(3，5)，按照动力输出对应规则，C(1，7)＝C(2，6)＝C(3，5)可以判断此时两车的动力等级是同一等级，即等级差小于1，无需同步；若前车以强动力输出时东西输出等级为C(1，6)，本车依然以较强动力输出时动力输出等级为C(3，5)，按照动力输出对应规则，C(1，6)＝C(2，5)＝C(3，4)≠C(3，5)，此时本车就需要调整至中等动力输出，以保证前后两车之间的动力等级相同。

[0023] 参阅图5，所述的步骤S1中，包括以下步骤：(S14)根据所有车辆能够输出的最小制动和最大制动进行M′个级别的分级，记本车的制动等级为m′；(S15)根据本车能够输出的最小制动和最大制动进行N′个级别的分级，记本车当前的制动输出等级为n′；(S16)根据步骤S14和步骤S15得到本车的制动输出等级B(m′，n′)。所述步骤S12中根据最小动力和最大动力平均分级且N＝7，步骤S11中，。所述的。所述步骤S14中，M′＝5，步骤S15中根据最小制动和最大制动平均分级且N′＝7；制动输出对应规则为：B(m′，n′)＝B(m′-1，n′+1)。制动等级比较与动力等级比较原理是一样的，这里就不再详细阐述。

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