基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法与流程

本技术涉及驾驶辅助，尤其涉及一种基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法。

背景技术：

1、定速巡航，又称为速度控制系统、自动驾驶系统等，其原理是由巡航控制组件读取车速传感器发来的脉冲信号与设定的速度进行比较，从而发出指令由伺服器机械来调整节气门的开度，保证车辆一直保持在所设定的速度。

2、传统的定速巡航技术普遍利用pid控制或pi控制方法对车辆的加速度进行正向控制进而反馈到发动机输出正向扭矩，即仅对车辆的加速和匀速进行控制，不会控制车辆的主动减速。

3、但是高速道路往往存在不同的限速区间，比如通过桥梁或者隧道等路段以及曲率较小的急弯，当驾驶员开启定速巡航时，会出现无意识的超速，经过曲率较小的弯道出现车辆侧滑或侧倾以及横向加速度过大产生身体不舒适现象，或者临近测速点与急弯时急踩刹车进行降速，此时车辆的燃油消耗率提高，定速巡航退出，对车辆行驶的安全性、舒适性、经济性都有较差的影响。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法，用以解决行车过程中开启定速巡航导致的燃油消耗、无意识超速、侧滑或侧倾的问题。

2、一方面，本技术提供一种基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法，包括：

3、获取前方路段的道路信息以及车辆状态信息，所述前方道路信息包括：最高限速、最低限速以及道路曲率；

4、根据所述道路曲率确定所述车辆的过弯参考车速；

5、建立动态规划控制模型，并通过所述动态规划控制模型对所述最高限速、所述最低限速、所述过弯参考车速以及所述车辆状态信息进行分析处理，得到所述车辆通过所述前方路段时的目标车速，并将所述目标车速发送至用户；

6、在获取到所述用户发送的授权信息后，控制所述车辆按照所述目标车速通过所述前方路段，所述授权信息用于指示所述用户同意按照所述目标车速进行行驶。

7、可选的，所述根据所述道路曲率确定所述车辆的过弯参考车速，满足如下公式：

8、

9、其中，a为向心加速度，r为曲率半径。

10、可选的，所述车辆状态信息包括：车辆车速、发动机扭矩、发动机转速、变速箱挡位和制动力矩，建立动态规划控制模型，并通过所述动态规划控制模型对所述最高限速、所述最低限速、所述过弯参考车速以及所述车辆状态信息进行分析处理，得到所述车辆通过所述前方路段时的目标车速，包括：

11、建立发动机的燃油消耗模型以及车辆的纵向动力学模型，所述燃油消耗模型用于确定所述车辆处于不同参数时的燃油消耗值，所述纵向动力学模型用于确定所述发动机转速、所述发动机扭矩以及所述目标车速之间的关联关系；

12、将所述前方路段分为n个阶段，并确定动态规划控制时的状态方程，将所述目标车速作为动态规划控制的状态变量，将所述发动机扭矩作为动态规划控制的控制变量；

13、将燃油消耗量、参考车速偏差、加速度大小作为优化目标，构造第k阶段的目标函数，并确定所述目标函数的参数约束条件，其中，n≥k，n和k均为正整数；

14、根据所述目标函数确定n个阶段中每个阶段对应的目标车速。

15、可选的，所述车辆的纵向动力学模型，满足如下公式：

16、ft＝∑f＝ff+fw+fi+fj

17、其中，ft为发动机的驱动力，ff为车辆的滚动阻力，fw为空气阻力，fi为坡道阻力，fj为加速阻力；

18、

19、其中，ttq为发动机扭矩，ig为变速箱的传动比，i0为主减速器的传动比，ηt传动机构的传动效率，r为轮胎半径，f为滚动摩擦阻力，α为坡度，cd空气阻力系数，a为迎风截面积，ρ为空气密度，v为实时车速，δ为旋转质量换算系数；

20、发动机转速满足如下公式：

21、

22、发动机扭矩满足如下公式：

23、

24、其中，m为整车质量，g为重力加速度，iw为车轮转动惯量，if为飞轮转动惯量，δs为路程变化量。

25、可选的，所述根据所述目标函数确定n个阶段中每个阶段对应的目标车速，包括：

26、确定第n阶段对应的最小目标函数值以及所述第n阶段对应的控制变量，其中，所述第n阶段的状态变量为所述车辆车速；

27、根据所述第n阶段对应的控制变量，确定第n-1阶段对应的控制变量，并根据所述第n-1阶段对应的控制变量，确定第n-2阶段对应的控制变量；

28、重复上述过程，直至根据第2阶段对应的控制变量确定第1阶段对应的控制变量；

29、针对所述n个阶段中的任意一个阶段，根据所述阶段对应的控制变量，采用所述纵向动力学模型确定所述阶段的状态变量；

30、将所述n个阶段的状态变量作为所述目标车速。

31、可选的，所述目标函数包括：燃油消耗的目标函数、参考车速偏差的目标函数以及加速度大小的目标函数，

32、所述目标函数为：

33、j＝afuerjfuel(k)+avrefjvref(k)+aaccjacc(k)

34、

35、

36、jacc(k)＝(vk+1-vk)2

37、其中，afuer为以燃油消耗量为优化目标的权重系数，avref为以参考车速偏差为优化目标的权重系数，aacc为以加速度大小作为优化目标的权重系数；q为单位路程内的发动机燃油消耗量，ts为单位路程内的发动机扭矩，ns为单位路程内的发动机转速，bs为单位路程内的发动机燃油消耗率，vs为单位路程内的车速，vs为单位路程内的车速，δs为路程变化量，vk为第k阶段的实时车速，vk+1为第k+1阶段的实时车速，vref为过弯参考车速；

38、所述参数约束条件，包括：

39、发动机转速约束：

40、ne∈[nmin,nmax]

41、其中，nmin为发动机转速最小值，nmax为发动机转速最大值；

42、车速约束：

43、v∈[vmin,vmax]

44、

45、其中，vmin为最低限速，vmax为最高限速，vref为过弯参考车速；

46、发动机扭矩约束约束：

47、ttq∈[tmin,tmax]

48、其中，tmin为发动机最小扭矩，tmax为发动机最大扭矩；

49、加速度约束：

50、a∈[amin,amax]

51、其中，amin为控制系统的标定的加速度最小值，amax为控制系统的标定的加速度最大值。

52、第二方面，本技术提供一种基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制装置，该装置包括：

53、获取模块，用于获取前方路段的道路信息以及车辆状态信息，所述前方道路信息包括：最高限速、最低限速以及道路曲率；

54、处理模块，用于根据所述道路曲率确定所述车辆的过弯参考车速；

55、处理模块，用于建立动态规划控制模型，并通过所述动态规划控制模型对所述最高限速、所述最低限速、所述过弯参考车速以及所述车辆状态信息进行分析处理，得到所述车辆通过所述前方路段时的目标车速，并将所述目标车速发送至用户；

56、执行模块，用于在获取到所述用户发送的授权信息后，控制所述车辆按照所述目标车速通过所述前方路段，所述授权信息用于指示所述用户同意按照所述目标车速进行行驶。

57、可选的，所述处理模块，具体用于采用如下公式确定所述车辆的过弯参考车速：

58、

59、其中，a为向心加速度，r为曲率半径。

60、可选的，所述车辆状态信息包括：车辆车速、发动机扭矩、发动机转速、变速箱挡位、制动力矩，所述处理模块，具体用于：

61、建立发动机的燃油消耗模型以及车辆的纵向动力学模型，所述燃油消耗模型用于确定所述车辆处于不同参数时的燃油消耗值，所述纵向动力学模型用于确定所述发动机转速、所述发动机扭矩以及所述目标车速之间的关联关系；

62、将所述前方路段分为n个阶段，并确定动态规划控制时的状态方程，将所述目标车速作为动态规划控制的状态变量，将所述发动机扭矩作为动态规划控制的控制变量；

63、将燃油消耗量、参考车速偏差、加速度大小作为优化目标，构造第k阶段的目标函数，并确定所述目标函数的参数约束条件，其中，n≥k，n和k均为正整数；

64、根据所述目标函数确定n个阶段中每个阶段对应的目标车速。

65、可选的，所述处理模块，具体用于采用如下公式表示所述车辆的纵向动力学模型：

66、ft＝∑f＝ff+fw+fi+fj

67、其中，ft为发动机的驱动力，ff为车辆的滚动阻力，fw为空气阻力，fi为坡道阻力，fj为加速阻力；

68、

69、其中，ttq为发动机扭矩，ig为变速箱的传动比，i0为主减速器的传动比，ηt传动机构的传动效率，r为轮胎半径，f为滚动摩擦阻力，α为坡度，cd空气阻力系数，a为迎风截面积，ρ为空气密度，v为实时车速，δ为旋转质量换算系数；

70、发动机转速满足如下公式：

71、

72、发动机扭矩满足如下公式：

73、

74、其中，m为整车质量，g为重力加速度，iw为车轮转动惯量，if为飞轮转动惯量，δs为路程变化量。

75、可选的，所述处理模块，具体用于：

76、确定第n阶段对应的最小目标函数值以及所述第n阶段对应的控制变量，其中，所述第n阶段的状态变量为所述车辆车速；

77、根据所述第n阶段对应的控制变量，确定第n-1阶段对应的控制变量，并根据所述第n-1阶段对应的控制变量，确定第n-2阶段对应的控制变量；

78、重复上述过程，直至根据第2阶段对应的控制变量确定第1阶段对应的控制变量；

79、针对所述n个阶段中的任意一个阶段，根据所述阶段对应的控制变量，采用所述纵向动力学模型确定所述阶段的状态变量；

80、将所述n个阶段的状态变量作为所述目标车速。

81、可选的，所述目标函数包括：燃油消耗的目标函数、参考车速偏差的目标函数以及加速度大小的目标函数，所述处理模块，具体用于采用如下公式表示所述目标函数：

82、j＝afuerjfuel(k)+avrefjvref(k)+aaccjacc(k)

83、

84、

85、jacc(k)＝(vk+1-vk)2

86、其中，afuer为以燃油消耗量为优化目标的权重系数，avref为以参考车速偏差为优化目标的权重系数，aacc为以加速度大小作为优化目标的权重系数；q为单位路程内的发动机燃油消耗量，ts为单位路程内的发动机扭矩，ns为单位路程内的发动机转速，bs为单位路程内的发动机燃油消耗率，vs为单位路程内的车速，δs为路程变化量，vk为第k阶段的实时车速，vk+1为第k+1阶段的实时车速，vref为过弯参考车速；

87、所述参数约束条件，包括：

88、发动机转速约束：

89、ne∈[nmin,nmax]

90、其中，nmin为发动机转速最小值，nmax为发动机转速最大值；

91、车速约束：

92、v∈[vmin,vmax]

93、

94、其中，vmin为最低限速，vmax为最高限速，vref为过弯参考车速；

95、发动机扭矩约束约束：

96、ttq∈[tmin,tmax]

97、其中，tmin为发动机最小扭矩，tmax为发动机最大扭矩；

98、加速度约束：

99、a∈[amin,amax]

100、其中，amin为控制系统的标定的加速度最小值，amax为控制系统的标定的加速度最大值。

101、第三方面，本技术提供一种基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制设备，包括：

102、存储器；

103、处理器；

104、其中，所述存储器存储计算机执行指令；

105、所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如上述第一方面及第一方面各种可能的实现方式所述的基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法。

106、第四方面，本技术提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行以实现如上述第一方面及第一方面各种可能的实现方式所述的基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法。

107、本技术提供的基于动态规划控制的重型汽车定速巡航主动限速控制方法通过获取前方路段的道路信息以及车辆状态信息，所述前方道路信息包括：最高限速、最低限速以及道路曲率；根据所述道路曲率确定所述车辆的过弯参考车速；建立动态规划控制模型，并通过所述动态规划控制模型对所述最高限速、所述最低限速、所述过弯参考车速以及所述车辆状态信息进行分析处理，得到所述车辆通过所述前方路段时的目标车速，并在驾驶员授权按照该目标车速行驶时，控制所述车辆按照所述目标车速通过所述前方路段。该方法解决了行车过程中开启定速巡航导致的燃油消耗、无意识超速、侧滑或侧倾的问题，在满足驾驶员优先的原则上实现安全、经济、舒适的行驶。