车辆驾驶行为改善系统及其改善方法与流程

本发明涉及车辆控制技术，更具体地涉及一种能够降低车辆行驶过程中不必要的油耗和排放并且同时帮助驾驶员养成良好的驾驶习惯的车辆驾驶行为改善系统以及改善方法。

背景技术：

不良的驾驶行为会带来不必要的油耗和排放，甚至会造成一定的安全隐患。作为改善不良驾驶行为的措施，现有技术中通常采用跟踪车辆油耗曲线来得知是否存在不良驾驶行为。

但是，如果仅仅跟踪车辆油耗曲线，在驾驶员操作这些驾驶行为时进行语音提示，会存在以下两个问题：

（1）驾驶行为的改善有很大的主观性，仅仅跟踪车辆油耗曲线，本质上并不能降低行车过程中不必要的油耗和排放，只能依靠车辆提示改善驾驶行为。

（2）不能够分辨驾驶行为的合理性，特别是如频繁停车、急加速、猛踩油门、频繁变道和曲线行车、过长时间低速行驶、急刹车和频繁变速等驾驶习惯的合理性，甚至会对合理的驾驶行为进行干扰。

一般，驾驶行为由制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘转角信号体现，通过构造驾驶行为系统模型，研究驾驶行为算法，把驾驶行为信号进行优化，优化后的信号与原始信号进行比较得出实际信号，并把实际驾驶行为信号反馈给车辆控制系统，在驾驶员操作不良驾驶行为时，驾驶行为算法模块能够分辨驾驶行为的合理性，就能够及时改善驾驶员的驾驶行为，并实时给驾驶员提示，降低行车过程中不必要的油耗和排放，同时帮助驾驶员养成良好的驾驶习惯。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明旨在提供一种能够降低车辆行驶过程中不必要的油耗和排放并且同时帮助驾驶员养成良好的驾驶习惯的车辆驾驶行为改善系统以及改善方法。

本发明建立了一种车辆驾驶行为改善系统，它通过驾驶行为算法模块得出优化的驾驶行为信号与原始信号进行对比，根据判断原则得出实际信号，即最优的驾驶行为信号，根据最优驾驶行为信号可以及时降低不必要的油耗和排放。而且通过监控驾驶行为，使驾驶员了解自己的驾驶行为并予以改进。

本发明的车辆驾驶行为改善系统，其特征在于，具备：

环境感知模块，采集周围的环境信息；

知识库模块，存储有关驾驶行为和交通信息的知识信息；

驾驶行为算法模块，获得原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号，并且根据来自所述环境感知模块的所述环境信息以及所述知识信息对所述原始的制动踏板信号、所述原始的油门踏板信号以及所述原始的方向盘转角信号进行优化，获得优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号，将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号与所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号进行比较，得出实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号；

制动系统，用于根据来自所述驾驶行为算法模块的所述实际的制动踏板信号产生制动力矩；

传动系统，用于根据来自所述驾驶行为算法模块的所述实际的油门踏板信号产生驱动扭矩；

转向系统，用于根据来自所述驾驶行为算法模块的所述实际的方向盘转角信号产生转角；

车辆控制系统，根据从所述制动系统、传动系统、转向系统分别获得制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆。

优选地，所述环境感知模块具备：

摄像头，用于获得车辆周围的障碍物信息；

车载雷达/GPS，用于获得车辆位置信息和车距信息。

优选地，所述知识库模块作为知识信息用于存储道路信息、交通规则、驾驶行为、驾驶轨迹、模糊规则。

优选地，所述驾驶行为算法模块具备：

预瞄跟随器，根据来自所述环境感知模块的所述环境信息，建立车辆坐标系，求得车辆当前位置的希望的制动踏板信号、希望的油门踏板信号和希望的方向盘信号；

减法器，作为差值信号，分别求取所述希望的制动踏板信号与所述优化的制动踏板信号的误差和误差变化率、所述希望的油门踏板信号与所述优化的油门踏板信号的误差和误差变化率差、以及所述希望的方向盘信号与所述优化的方向盘信号的误差和误差变化率差；以及

自适应模糊PID模块，从所述减法器输入所述差值信号，采用模糊推理方法对PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d进行整定，输出优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号；

计算模块，将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号分别与所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号进行比较，得出实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号。

优选地，所述自适应模糊PID模块具备：

模糊控制器，从所述减法器输入差值信号根据模糊推理方法求出PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d；

PID控制器，根据从所述减法器输入差值信号和从所述模糊控制器输入的PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d计算出所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号。

优选地，所述模糊控制器具备：

模糊化模块，从所述减法器输入差值信号并且进行模糊化处理；

推理机，根据存储在所述知识库模块中的所述知识信息对模糊化处理后的信号进行推理处理并得到推理结果；以及

去模糊化模块，对所述推理结果进行去模糊化处理获得PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d。

优选地，在所述计算模块中，将所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号设为S1、将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号设为S2的情况下、将实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号设为S3的情况下，如果S1和S2的绝对值小于等于规定值的情况下，使得S3＝S1、如果S1和S2的绝对值大于规定值的情况下，使得S3＝S2。

优选地，所述车辆控制系统根据从所述制动系统、传动系统、转向系统分别获得制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆的横向运动和纵向运动并且把优化的驾驶行为提醒给驾驶员。

本发明的车辆驾驶行为改善方法，其特征在于，包括下述步骤：

采集周围的环境信息和有关驾驶行为和交通信息的知识信息；

获取通过制动踏板、油门踏板、方向盘产生的原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号；

根据所述环境信息以及所述知识信息对所述原始的制动踏板信号、所述油门踏板信号以及所述方向盘转角信号进行优化，获得优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号；

将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号分别与所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号进行比较，得出实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号；

根据所述实际的制动踏板信号产生制动力矩、所述实际的油门踏板信号产生驱动扭矩、所述实际的方向盘转角信号产生转角；

根据所述制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆的横向运动和纵向运动并且把优化的驾驶行为提醒给驾驶员。

根据本发明的车辆驾驶行为改善系统以及本发明的车辆驾驶行为改善方法，通过对制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘转角信号进行优化，尽可能找到获得最佳路径的优化值，减少不良驾驶行为，特别是频繁停车、急加速、猛踩油门、频繁变道和曲线行车、过长时间低速行驶、急刹车和频繁变速等驾驶行为，由此能够显著降低不必要的油耗和排放，消除安全隐患，车辆把驾驶行为提示给驾驶员，用以改善驾驶员的驾驶行为，帮助驾驶员形成良好的驾驶习惯。

附图说明

图1是表示本发明的车辆驾驶行为改善系统的结构框图。

图2是标识本发明的驾驶行为算法模块的构造图。

图3表示由驾驶行为算法模块300建立的车辆坐标系。

图4是表示本发明的模糊控制器331的结构框图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

图1是表示本发明的车辆驾驶行为改善系统的结构框图。

如图1所示，本发明的车辆驾驶行为改善系统具备：环境感知模块100、知识库模块200、驾驶行为算法模块300、制动系统400、传动系统500、转向系统600、车辆控制系统700。

下面对于这些构造单元进行具体说明。

如图1所示，首先，在本发明中，驾驶行为体现为：驾驶员通过制动踏板、油门踏板和方向盘产生的制动踏板信号A、油门踏板信号B和方向盘转角信号C。

环境感知模块100用于采集周围的环境信息。环境感知模块100例如包括视频摄像头、车载雷达以及或者GPS等，用于感知车辆周围的障碍物、车距和车辆位置等信息。

知识库模块200存储有关驾驶行为和交通信息的知识信息。例如，作为知识信息存储有道路信息、驾驶行为、交通规则、驾驶轨迹以及下文将要采用的模糊算法的模糊规则等。

驾驶行为算法模块300作为其输入，获得原始的制动踏板信号A、原始的油门踏板信号B以及原始的方向盘转角信号C。驾驶行为算法模块300根据来自环境感知模块100的环境信息和来自知识库模块200的知识信息对原始的制动踏板信号A、原始的油门踏板信号B以及原始的方向盘转角信号C进行计算、优化，获得优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号，接着，将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号与原始的制动踏板信号A、原始的油门踏板信号B以及原始的方向盘转角信号C进行比较，得出实际的制动踏板信号A'、实际的油门踏板信号B'以及实际的方向盘转角信号C'。

制动系统400用于根据来自所述驾驶行为算法模块300的所述实际的制动踏板信号A'产生制动力矩。传动系统500用于根据来自所述驾驶行为算法模块300的所述实际的油门踏板信号B'产生驱动扭矩。转向系统600用于根据来自所述驾驶行为算法模块300的所述实际的方向盘转角信号C'产生转角。

车辆控制系统700从所述制动系统400、传动系统500、转向系统600分别获得制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆，根据获得的制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆的横向运动以及纵向运动并且提醒驾驶员的驾驶行为。

接着，对于上述模块中的主要功能即驾驶行为算法模块300进行进一步的具体说明。

图2是表示本发明的驾驶行为算法模块的构造图。

如图2所示，本发明的驾驶行为算法模块300具备：预瞄跟随器310、减法器320、自适应模糊PID模块330以及计算模块340。

预瞄跟随器310根据来自所述环境感知模块100的环境信息，建立车辆坐标系，求得车辆当前位置的希望的制动踏板信号、希望的油门踏板信号和希望的方向盘信号。

预瞄跟随器310根据来自所述环境感知模块100的环境信息，建立车辆坐标系，求得车辆当前位置的希望的制动踏板信号、希望的油门踏板信号和希望的方向盘信号。

图3表示驾驶行为算法模块300建立的车辆坐标系。

预瞄跟随器310根据环境感知模块100中的视频摄像头和车载雷达/GPS等传感器采集的信息，建立车辆坐标系，如图3所示，车辆质心位置的绝对坐标为(X(t),Y(t))，相对坐标为(x(t),y(t))，汽车方向角为φ，车辆质心侧偏角为β，车辆速度为v，车辆预描点P的绝对坐标为（X(t+T),Y(t+T))），相对坐标为（x(t+T),y(t+T)）。预瞄跟随器310根据预瞄跟随理论，求得车辆当前位置所期望的制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘信号。

接着，利用减法器320车辆的驾驶性通过信号的变化和信号的变化量，由此来反应车辆的可操作性。具体地，如图2所示，根据预瞄跟随器310求得的当前位置所希望的制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘信号与优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号、以及优化的方向盘信号，分别求取车辆的期望信号与优化信号的误差e和误差变化率de/dt作为自适应模糊PID模块330的输入，具体地，分别求取所述希望的制动踏板信号与所述优化的制动踏板信号的误差和误差变化率、所述希望的油门踏板信号与所述优化的油门踏板信号的误差和误差变化率差、以及所述希望的方向盘信号与所述优化的方向盘信号的误差和误差变化率差。

自适应模糊PID模块330从所述减法器输入所述差值信号，采用模糊推理方法对PID的参数K_p、K_i、K_d进行整定，以满足不同e和de/dt的不同要求，从而使得被控制对象具有良好的动态性能。

如图2所示，自适应模糊PID模块330具备：模糊控制器331，用于从减法器320输入差值信号并且根据模糊推理方法求出PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d；PID控制器332，用于根据从所述减法器320输入差值信号和从所述模糊控制器331输入的PID的比例参数K_p、积分参数K_i、微分参数K_d并且计算出所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号。另外，关于自适应模糊PID模块的工作过程也可以部分地参考专利申请CN1393746A。

图4是表示本发明的模糊控制器331的结构框图。如图4所示，模糊控制器331具备：模糊化模块335，用于从所述减法器320输入差值信号并且进行模糊化处理；推理机336，根据存储在知识库模块200中的所述知识信息（主要是模糊规则）对模糊化处理后的信号进行推理处理并得到推理结果；以及去模糊化模块337，对推理结果进行去模糊化处理获得PID的参数K_p、K_i、K_d。

具体地，当|e|较大时，取较大的K_p和较小的K_d，以使系统响应加快，以避免过大超调，则K_p＝K_p1，K_i=0，K_d=0。当|e|中等时，取较大的K_p和较小的K_i，以使系统响应的稳态性好，同时使K_d取值适当以避免在平衡点附近振荡，且|de|=大时，则K_p＝K_p2，K_i=0，K_d=K_d2；|de|=中时，则K_p＝K_p3，K_i=0, K_d=K_d3；|de|=小时，则K_p＝K_p4，K_i=0，K_d=K_d4。当|e|较小时，取较大的K_p和较小的K_i，以使系统响应的稳态性好，同时使K_d取值适当以避免在平衡点附近振荡，则K_p＝K_p5，K_i=K_i5，K_d=K_d5。K_p1-K_p5，K_i1-K_i5，K_d1-K_d5为按常规PID参数整定方法得到的数值，其中，K_p、K_i、K_d分别表示比例参数、积分参数、微分参数， 1-5表示的第几种情况。e和de/dt作为自适应模糊PID模块330的输入，根据知识库模块300中的模糊推理规则，在推理机336中得到推理结果，经过去模糊化模块337的去模糊化处理，求得满足不同e和de要求的整定参数K_p，K_i，K_d，从而得到优化的制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘信号。

接着，如图2所示，计算模块340将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号分别与所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号进行比较，得出实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号。作为一个实施方式，例如，设S1为原始信号，S2为优化信号，S3为实际信号，当|S1-S2|≤ε时，S3=S1；当|S1-S2|>ε时，S3=S2。

这样，通过对制动踏板信号、油门踏板信号和方向盘转角信号进行优化，尽可能找到获得最佳路径的优化值，减少不良驾驶行为，特别是频繁停车、急加速、猛踩油门、频繁变道和曲线行车、过长时间低速行驶、急刹车和频繁变速等驾驶行为，这样能显著降低不必要的油耗和排放，消除安全隐患，车辆把驾驶行为提示给驾驶员，用以改善驾驶员的驾驶行为，帮助驾驶员形成良好的驾驶习惯。

以上对于本发明的车辆驾驶行为改善系统进行了说明。下面简单介绍本发明的车辆驾驶行为改善方法。本发明的车辆驾驶行为改善方法包括下述步骤：

步骤100：采集周围的环境信息和有关驾驶行为和交通信息的知识信息；

步骤200：获取通过制动踏板、油门踏板、方向盘产生的原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号；

步骤300：根据所述环境信息以及所述知识信息对所述原始的制动踏板信号、所述油门踏板信号以及所述方向盘转角信号进行优化，获得优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号；

步骤400：将所述优化的制动踏板信号、优化的油门踏板信号以及优化的方向盘转角信号分别与所述原始的制动踏板信号、原始的油门踏板信号以及原始的方向盘转角信号进行比较，得出实际的制动踏板信号、实际的油门踏板信号以及实际的方向盘转角信号；

步骤500：根据所述实际的制动踏板信号产生制动力矩、所述实际的油门踏板信号产生驱动扭矩、所述实际的方向盘转角信号产生转角；

步骤600：根据所述制动力矩、驱动扭矩以及转角来控制车辆的横向运动和纵向运动并且把优化的驾驶行为提醒给驾驶员。

以上例子主要说明了本发明的驾驶习惯的车辆驾驶行为改善系统以及改善方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。