专利名称：一种车距辅助控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种车距辅助控制系统，尤其涉及一种重型商用车的车速、车距辅助控制系统及其控制方法。
背景技术：
车辆的安全行驶性是关系到驾驶员生命安全和交通系统运行效率的重要性能，尤其对于重型车辆，其交通事故的后果更加严重，生命和财产的损失更加巨大。重型车辆在行驶过程中，与前车保持一定距离行驶是常遇到的工况，此时行驶工况简单，持续时间长，驾驶员易产生疲劳。因此，有必要设计一种新型的重型商用车车距辅助控制系统减少驾驶员的驾驶疲劳。现有技术中虽然有将毫米波雷达直接挂在整车CAN总线中，通过毫米波雷达监控与前车距离，从而进行车距辅助控制的方案。但是，这种技术方案中，毫米波雷达数据会大量占用整车总线通信，导致整车总线负载率急剧上升，导致控制效率及精度均降低。并且目前多数车载毫米波雷达产品和重型车辆的动力传动系统所采用的CAN通讯协议各不相同，因此有必要设计一种新型的重型商用车车距辅助控制系统，使其能够对不同的CAN协议具有良好的适应性，便于数据的传输和产品的通用性，并降低整车CAN总线的负载率，提高控制效率及精度。
发明内容
本发明提供一种可以灵活适应车载毫米波雷达和车辆动力传动系统通讯协议的车距辅助控制系统，该车距辅助系统与基于CAN2.0总线协议的电控发动机协同工作，使车辆能够自动保持驾驶员指 定的车距或者车速行驶，减少驾驶疲劳。本发明提供的车距辅助控制系统包括车载毫米波雷达、车距辅助控制器；所述车距辅助控制器安装在驾驶室内便于驾驶员观察、操作的位置；所述车载毫米波雷达安装在车辆前方中部，探测前方车辆。本发明的基本原理是:首先，由车载毫米波雷达探测与前方车辆的相对速度和相对距离。然后，车距辅助控制器通过雷达CAN通讯接口采集所述相对速度和相对距离。同时，车距辅助控制器通过整车CAN通讯接口采集来自整车CAN总线的车辆行驶信息，包括本车车速、档位信息、发动机转速信息和制动信号等；驾驶员通过所述车距辅助控制器设定与前方车辆的期望间距。然后，所述车距辅助控制器根据车辆跟随策略，做出车辆加速或者减速的判断。具体步骤如下:步骤一，计算所述相对距离与所述期望间距之间的差值，得到间距误差；步骤二，将所述相对速度和所述间距误差作为所述车距辅助控制器I中二阶模糊控制器的输入，通过Mamdani模糊控制模型，查询车辆期望加速度脉谱图，而得出车辆的期望加速度；步骤三，根据车辆的期望加速度，得出车辆加速或减速的判断。例如，当相对速度为-0.5，相对距离为-1时(此时本车在接近前方车辆，并且间距小于期望距离)，查询获得期望加速度为-1(该加速度意味着本车需要实施减速以满足期望距离)。最后，车距辅助控制器通过控制电控发动机的期望油门开度，进而控制车辆行驶速度，从而替代驾驶员对车辆进行控制。即:根据车辆的期望加速度和车辆参数(如，当前发动机转速、传动系传动比、车轮滚动半径、传动系传动效率等)，计算出电控发动机的期望油门开度，控制电控发动机输出期望扭矩。采用本发明的车距辅助控制系统，减轻了驾驶员的驾驶疲劳；车距辅助控制器包括两路独立的CAN通讯接口，即雷达CAN通讯接口和整车CAN通讯接口。其中雷达CAN通讯接口用于与车载毫米波雷达连接，使得雷达数据不占用整车CAN总线资源，从而方便了重型车辆与车载毫米波雷达产品的匹配。整车CAN通讯接口用于与重型车辆CAN总线相连，用于接收所述本车车速和档位信息，并根据计算结果向重型车辆CAN总线发送对电控发动机转速的控制命令，同时大大减少了雷达数据对整车CAN总线占用率，便于整车CAN节点的扩展。通过CAN协议在不同部件之间传输信息在现代汽车中已经十分普遍，在CAN协议的基础上，衍生出许多有针对性的CAN协议；这些协议之间信息的直接交互是困难的。对于商用车，其车用总线一般根据J1953B协议对CAN报文的格式进行定义；而对于雷达系统，一般不会直接使用J1953B协议向整车总线发送信息，其使用的协议由于生产商、产品定位的不同，变得更加多样。两路独立的CAN通讯接口使不同的CAN协议之间的信息传输成为可能，降低了商用车对雷达传感器的通讯要求，提高了商用车与不同雷达传感器匹配的灵活性。另外，雷达传感器会实时的发送大量包含环境信息报文，这些报文会增加整车总线的负载率，对整车通讯安全性产生一定影响；改由独立的CAN模块处理这些信息，仅将识别出的有用的信息传回整车网络·，减轻了整车通讯的负担。由于拥有独立的人机交互界面，只需在整车上增加一个CAN节点，就可实现车距自动保持功能，便于安装、维护。
图1是本发明车距辅助控制系统的原理图；图2是本发明车距辅助控制器的结构组成示意图；图3是本发明车距辅助控制器人机交互装置示意图；图4是本发明车距辅助控制器控制电路示意图；图5是本发明车距辅助控制器中模糊逻辑控制的示意框图；图6是根据本发明车距辅助控制器中模糊控制逻辑形成的车辆期望加速度脉谱图。其中:1_车距辅助控制器；2_电控发动机；3_车载毫米波雷达；4_人机交互装置；5-控制电路；6_电源及通讯线缆接口 ；7_电源开关；8_距离显示开关；9_巡航模式激活按钮；10-巡航速度/定距距离增加按钮；11-巡航速度/定距距离减少按钮；12-定距模式激活按钮；13-定距模式指示灯；14车辆安全状态指示灯；15-车距显示数码管；16-巡航模式指示灯；17-雷达电源接口 ； 18-雷达CAN通讯接口 ； 19-整车CAN通讯接口 ；20_人机交互装置接口 ；21_控制芯片；22-24V电源输入；23-5V电源；24~12V电源。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
进行详细说明:如图1所示，本发明的重型商用车车距辅助控制系统包括:车载毫米波雷达3、车距辅助控制器I。所述车载毫米波雷达3安装在重型商用车前方中部，所述车距辅助控制器I安装在重型商用车驾驶室内便于驾驶员观察、操作的位置。所述车距辅助控制系统与重型商用车自带的电控发动机2协同工作，使车辆能够自动保持驾驶员指定的车距或者车速行驶，减少驾驶疲劳。所述电控发动机2为基于CAN2.0总线协议的电控发动机。车载毫米波雷达3探测与前方车辆的相对行驶环境信息，包括与前方车辆的相对速度和相对距离；车距辅助控制器I采集车载毫米波雷达3返回的所述相对速度和相对距离，以及来自整车CAN总线的车辆行驶信息，包括本车车速、档位信息、发动机转速信息和制动信号等。如图1所示，车距辅助控制器I包括两路CAN通讯接口，这两路CAN通讯接口分别独立地与雷达CAN总线和整车CAN总线相连，使得雷达数据不占用整车CAN总线资源，从而方便了重型车辆与车载毫米波雷达产品的匹配。其中雷达CAN通讯接口 18用于与车载毫米波雷达3连接，接收由车载毫米波雷达3所探测的与前方车辆的相对行驶环境信息，包括相对速度和相对距离。整车CAN通讯接口 19用于与重型车辆的整车CAN总线相连，用于接收来自整车CAN总线的车辆行驶信息，包括本车车速、档位信息、发动机转速信息和制动信号等。如图2所示，所述车距辅助控制器I包括:人机交互装置4、控制电路5、电源及通讯线缆接口 6、电源开关7和距离显示开关8。人机交互装置4向驾驶员提供了改变车距辅助控制器I工作模式和期望目标的接口 ；显示前方目标的相对距离和当前车辆的安全状态；同时，显示当前车距控制器的运行模式。如图3所示，人机交互装置4设有距离显示数码管一块，车辆安全状态指示灯14(含三个)，巡航模式激活按钮9，巡航模式指示灯，定距模式激活按钮12，定距模式指示灯13，巡航速度/定距距离增加按钮10，巡航速度 /定距距离减少按钮11。其中，车辆安全状态指示灯14 (含三个灯)的颜色和含义分别为:绿色表示安全；黄色表示警告驾驶员存在安全隐患，可以通过收油减速避免碰撞隐患；红色表示危险，需要采取制动措施避免碰撞。图4中所述控制电路包括系统雷达电源接口 17、24V电源输入22、5V电源23、12V电源24、两路CAN通讯接口 18和19、人机交互装置接口 20和控制芯片21等部分。如图4所示，24V电源输入22向车距辅助控制器I内的所有部件供电。所述的24V电源输入22分别通过隔离器件转换为所述5V电源23和所述12V电源24，并分别给车载毫米波雷达3和控制芯片21提供电源，隔离器件避免了车用蓄电池电源不稳定时产生的电压波动和电源中干扰信号的影响，保证了车距辅助控制器I信号的稳定。如图4所示，控制芯片21采用飞思卡尔16位拥有多路CAN通讯功能的单片机。该单片机中固化了车距辅助模糊控制逻辑，以及根据该车距辅助模糊控制逻辑形成的车辆期望加速度脉谱图。显然，这里所说的模糊控制逻辑可以采用现有技术中各种常用的模糊控制模型，这对于本领域技术人员来说，是显而易见的，不需要过多说明。如图5所示，本发明中优选地采用了 Mamdani型模糊推理模型及其二阶模糊控制器，并利用Matlab软件形成了如图6所示的车辆期望加速度脉谱图。本发明能够实现前方车辆的相对距离的显示、车辆安全状态显示、恒定车速保持和与前车保持期望的距离行驶等功能。下面结合图1-6具体描述:
首先，车载毫米波雷达3探测前方车辆的位置信息，包括本车与前方车辆的相对速度和相对距离，并将这些信息通过雷达CAN通讯接口 18发送给控制芯片21 ;同时，控制芯片21通过整车CAN通讯接口 19接收整车行驶信息，包括车速、档位、发动机转速、制动信
县坐
V寸ο然后，控制芯片21通过人机交互装置4的车距显示数码管15显示前方车辆的相对距离，达到显示距离的目的；根据所述相对距离和相对速度计算车辆安全状态，并通过车辆安全状态指示灯14显示，达到提示驾驶员当前安全状态的目的。如果驾驶员通过巡航模式激活按钮9激活了巡航模式，则车距辅助控制器I立刻进入巡航模式，巡航模式指示灯16点亮。车距辅助控制器I将激活巡航模式时刻的车速作为驾驶员期望保持的车速；通过整车CAN通讯接口 19对电控发动机2进行速度调节控制，即通过调节电控发动机2的油门开度而保持期望车速。此时，驾驶员可以通过巡航速度/定距距离增加按钮10和巡航速度/定距距离减少按钮11调整巡航速度；踩下制动或者油门踏板都会使车距辅助控制系统退出巡航模式；巡航模式中依然可以显示前方车辆相对距离和本车的安全状态。如果驾驶员通过定距模式激活按钮12激活了定距模式，则车距辅助控制器I立刻进入定距模式，定距模式指示灯13点亮。车距辅助控制器I的初始期望距离为激活定距模式时刻本车与前方车辆保持的距离；通过整车CAN通讯接口 19对电控发动机2进行速度调节控制，保持期望距离。此时，驾驶员可以通过巡航速度/定距距离增加按钮10和巡航速度/定距距离减少按钮11调整期望距离；踩下制动或者油门踏板都会使车距辅助控制系统退出定距模式；定距模式中依然可以显示前方车辆相对距离和本车的安全状态。其中定距模式的具·体控制流程如下:首先，由车载毫米波雷达3探测与前方车辆的相对速度和相对距离。然后，车距辅助控制器I通过雷达CAN通讯接口采集所述相对速度和相对距离。同时，车距辅助控制器I通过整车CAN通讯接口 19采集来自整车CAN总线的车辆行驶信息，包括本车车速、档位信息、发动机转速信息和制动信号等；驾驶员通过所述车距辅助控制器I设定与前方车辆的期望间距。然后，所述车距辅助控制器I根据控制芯片21中所固化的车辆跟随模糊逻辑控制策略，做出车辆加速或者减速的判断。具体步骤如下:步骤一，计算所述相对距离与所述期望间距之间的差值，得到间距误差；步骤二，将所述相对速度和所述间距误差作为所述车距辅助控制器I中二阶模糊控制器的输入，通过Mamdani模糊控制模型，查询如图6所示的车辆期望加速度脉谱图，而得出车辆的期望加速度；步骤三，根据车辆的期望加速度，得出车辆加速或减速的判断。例如，当相对速度为-0.5，相对距离为-1时(此时本车在接近前方车辆，并且间距小于期望距离)，查询获得期望加速度为-1 (该加速度意味着本车需要实施减速以满足期望距离)。最后，车距辅助控制器I根据所述期望加速度，通过控制电控发动机2的期望油门开度，进而控制车辆行驶速度，从而替代驾驶员对车辆进行控制。即，步骤一，根据车辆的期望加速度和车辆参数(如，当前发动机转速、传动系传动比、车轮滚动半径、传动系传动效率等)，计算出发动机的期望扭矩；步骤二，通过发动机扭矩请求接口，使发动机输出期望扭矩。
尽管本发明是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和 修改。
权利要求
1.一种车距辅助控制系统，其包括车载雷达、车距辅助控制器；所述车载雷达探测与前方车辆的相对速度与相对距离；其特征在于 步骤一、所述车距辅助控制器包括车载雷达CAN通讯接口、整车CAN通讯接口 ；所述车载雷达CAN通讯接口与车载雷达CAN总线相连，所述整车CAN通讯接口与整车CAN总线相连； 步骤二、所述车距辅助控制器通过所述车载雷达CAN通讯接口采集所述相对速度与所述相对距离；所述车距辅助控制器通过所述整车CAN通讯接口采集来自于整车CAN总线的车辆行驶信息； 步骤三、所述车距辅助控制器通过所述整车CAN通讯接口向所述整车CAN总线发送车载发动机的控制信号； 步骤四、驾驶员对车辆的控制优先于所述车距辅助控制器。
2.根据权利要求I所述的车距辅助控制系统，其特征在于 所述车距辅助控制器包括人机交互装置； 所述人机交互装置具有车距辅助控制模式选择装置，可通过所述车距辅助控制模式选择装置选择巡航模式或定距模式。
3.根据权利要求2所述的车距辅助控制系统，其特征在于 在所述巡航模式下，所述车距辅助控制器根据驾驶员需要，进入巡航模式或定距模式； 通过所述整车CAN通讯接口控制所述车载发动机的转速，以保持选择所述巡航模式时刻的车速； 驾驶员可通过人机交互装置改变巡航模式的车速。
4.根据权利要求3所述的车距辅助控制系统，其特征在于 在所述定距模式下，所述车距辅助控制器通过所述人机交互装置确定驾驶员的期望距离； 在所述定距模式下，所述车距辅助控制器通过所述雷达CAN接口接受目标的相对距离和相对速度； 在所述定距模式下，所述车距辅助控制器通过所述整车CAN通讯接口控制所述车载发动机的转速，以保持选择所述定距模式的相对距离； 驾驶员可通过人机交互装置改变定距模式的车间距离。
5.根据权利要求I所述的车距辅助控制系统，其特征在于 踩下加速踏板或制动踏板时，所述车距辅助控制器退出所述巡航模式或所述定距模式； 踩下加速踏板或制动踏板后，驾驶员若试图再次进入所述巡航模式或定距模式，需通过人机交互装置再次进入。
6.根据权利要求I所述的车距辅助控制系统，其特征在于 所述人机交互装置能够显示车距辅助控制的运行模式、车间距离； 所述人机交互装置能够提示驾驶员车间距离是否安全。
7.一种采用根据权利要求1-6之一的车距辅助控制系统的车距辅助控制方法，其包括如下步骤第一，由车载毫米波雷达探测与前方车辆的相对速度和相对距离； 第二，车距辅助控制器通过雷达CAN通讯接口采集所述相对速度和相对距离； 第三，驾驶员通过所述车距辅助控制器设定与前方车辆的期望间距； 第四，计算所述相对距离与所述期望间距之间的差值，得到间距误差； 第五，将所述相对速度和所述间距误差作为所述车距辅助控制器中模糊控制器的输入，查询所述模糊控制器中的车辆期望加速度脉谱图，而得出车辆的期望加速度； 第六，根 据车辆的期望加速度，计算发动机的期望油门开度； 第七，通过控制电控发动机的期望油门开度，进而控制车辆行驶速度，从而替代驾驶员进行车距辅助控制。
全文摘要
一种重型商用车车距辅助控制系统及其控制方法，该系统包括车距辅助控制器以及与其配合使用的车载毫米波雷达和电控发动机。车距辅助控制器包括控制芯片、与控制芯片相连的两路独立的CAN通讯接口、人机交互装置、系统电源。采用本发明的重型商用车车距辅助控制系统，由于采用两路独立的CAN通讯接口设计，从而使得雷达数据不占用整车CAN总线资源，从而方便了重型车辆与车载毫米波雷达产品的匹配，对采用CAN总线的车辆具有良好的通用性。
文档编号B60W30/16GK103253267SQ20131019632
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月24日 优先权日2013年5月24日
发明者刘海鸥, 陈慧岩, 龚建伟, 赵亦农, 翟涌 申请人:北京理工大学