一种交通路口STOP&GO巡航方法

一种交通路口stop&go巡航方法
技术领域
1.本发明涉及自动驾驶汽车巡航控制技术领域，特别涉及一种交通路口stop&go巡航方法。


背景技术：

2.汽车自适应巡航控制（acc）涵盖了大家所熟悉的定速巡航功能和监测功能，即它技能控制车辆定速行驶，也能监测行驶车前方的各种状况，比如探索前方车辆及其行驶状态，两车之间的距离等，然后对本车进行相应的速度控制使汽车安全行驶。
3.汽车自适应巡航控制适用的工作场景主要在高速行驶状态，而在城市工况这种车速相对较低并且对车辆控制非常频繁的场景acc不再能够有效的工作，于是stop&go巡航控制系统就被提了出来以适应复杂的城市工况。
4.与acc相比，stop&go巡航控制主要适用于城市工况，在这样的工况下，车辆的速度相当较低（＜40km/h），在较短的时间内驾驶员就会对车辆进行较多的操作，例如加速减速，停车起步，调整与前车的安全行驶距离等。stop&go巡航控制系统能够智能对车辆进行一系列的操作来实现这些变化，同时它还能够对红绿灯进行检测从而实现交通路口的自动等候和停车起步等问题。具备stop&go功能的车辆能够有效的避免与前车碰撞以及闯红灯的问题，与此同时它还减轻了驾驶员的工作强度，在行驶过程中驾驶员只需要对方向盘进行一定的操作即可，这在令人头疼的城市工况中，每分钟必须得对车辆油门节气门进行上十次操作的驾驶员来说无疑是一个绝好的消息。总所周知的是，目前国内的交通问题已经是举国上次都非常关心的一大难题，并且有越演越烈的趋势，在这样的环境下，对于专门针对城市工况的stop&go巡航系统就显得非常的有意义。


技术实现要素：

5.本发明目的是在于提供一种交通路口stop&go巡航方法，能够使具备stop&go巡航系统的车辆能够良好的适应复杂的城市工况，通过对当前车辆道路等信息的衡量最终实现对车辆速度的控制，能够较好的避免撞车、闯红灯等城市交通中较为常见的问题。
6.本发明提供的技术方案为：一种交通路口stop&go巡航方法，包括如下步骤：步骤一：对车辆的信息进行处理，对期望的加速度进行计算；步骤二：通过模糊控制算法对加速度进行处理，得出真实的数据传递给车辆，从而实现车辆的有效控制；步骤三：对stop&go巡航算法的数据进行仿真。
7.进一步地，步骤一中的车辆加速度的变化取决于车辆本身的性能以及驾驶员或者控制器的操作。为了行车的安全，车辆的最大加速度往往远大于车辆的最大制动能力：（1）当两车之间的实际距离大于当前状态下的安全距离，或者当前车辆前方没有车辆，在符合当前的交通管制的情况下，车辆可以在最大限速下尽可能高速行驶，加速度如下：
accelerate=(maxspeed
‑
speed)/2；（2）当本车处在安全距离之内时，由于安全距离是与当前速度，最大制动速度相关的，所以当前的加速度，速度必须保证汽车的安全驾驶由位移公式：（speed+speed+acclerate*t）*t/2=distance得出关于加速度的变化：accelerate=(distance
‑
speed*t)*2/t/t。
8.进一步地，步骤二所述的模糊控制算法用来对加速度进行校正，从而实现对车辆轨迹变化的有效合理控制。
9.本发明中的模糊控制器选择双参数输入的模式。模糊控制规则如下：（1）输入输出量的语言集加速度变量e：｛nb，ns，ps，pb｝;加速度变化率ec：｛nb，ns，ps，pb｝;输出量u：｛nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb｝（2）输入输出量的值域加速度值域：为了更好的实现对城市工况的仿真，设定最大加速度为5m/s，最大制动加速度为10m/s，因此加速度的值域为[
‑
10，5];加速度变化率值域：stop&go巡航控制器采用的时间间隔为0.2s，由上述给出的最大加速度和最大制动加速度可以计算出加速度的最大偏差率为da(+)/dt=25，最小偏差率为da(
‑
)/dt=50，由此可得加速度偏差率的值域为[
‑
50，25]；输出量变化率值域：输出量为实际的加速度，依照汽车性能的稳定性，输出量的值域应该与加速度的值域相同，因此输出量的值域也为[
‑
10，5]；（3）隶属度的确定采用三角隶属度函数的模糊控制器；（4）模糊控制规则的建立把在车辆行驶过程中对车速的感受划分为快、较快、较慢、慢四个等级。模糊控制规则集如下：
。
[0010]
更进一步地，步骤二所述的模糊控制算法中的模糊控制器的主程序步骤如下：（1）传递参数；（2）遍历第一条规则；（3）是否符合条件，若符合，转到（5），否则执行步骤（4）；（4）保存上一次的模糊度值；（5）调用计算子程序；（6）判断所有规则是否遍历完，如果已遍历完，计算模糊输出，否则遍历下一条规则，并转到步骤（3）；（7）利用重心法进行反模糊。
[0011]
进一步地，步骤三中数据仿真的步骤如下：（1）程序初始化：a. 初始化道路信息：初始化道路红绿灯信息，在道路不定位置产生红绿灯，初始化道路最大限速，本发明中道路最大限速为30km/h；b. 初始化车辆信息：初始化车辆性能，设置车辆的最大制动能力为
‑
10m/s2，最大加速度为5m/s2，按照测试项目初始化车辆起始速度，初始化车辆位置信息；c. 初始化红绿灯信息：初始化红绿灯变化，设置红绿灯按照一定规律和时间间隔进行红灯、黄灯、绿灯之间的相互转化；（2）stop&go巡航算法的数据仿真，针对城市工况中可能存在的多种情况进行数据仿真研究如下：a. 车辆自动起步：对车辆信息进行初始化，车辆静止时车辆之间的间距为默认的最小位移偏差2m，启动stop&go巡航系统，车队中的第一辆车由静止开始加速，在测试过程中头车前方没有遇到障碍，以恒定加速度加速至最大速度运行；b. 跟随前方低速车辆：前方车辆以15m/s的速度匀速行驶，在行驶过程中，后方车辆车速小于前方车辆，车辆装备并启动stop&go巡航控制系统，在加速过程中，stop&go巡航控制系统能够有效的根据本车的速度对两车之间的间距进行合理控制，使两车保持安全的行驶距离，避免碰撞；c. 前方车辆加速：当两车的状态都达到稳定以后，前方车辆突然加速，后方跟随车辆也会随着前方车辆信息进行相应的加速行为，并且在加速过程中，stop&go巡航控制器会一直监控两车之间的距离使得两车的间距基本保持在安全距离左右，当前方车辆速度稳定后，stop&go巡航系统也会控制本车进行最后的调节，使得本车的速度稳定，两车之间的
间距也稳定；d. 前方车辆减速：车队初始以最大的速度匀速行驶，当两车状态稳定时，前方车辆减速，stop&go巡航系统对车辆测试数据进行处理，避免两车发生碰撞；e. 前方车辆停车
‑
起步过程：车辆当速度达到稳定后，两车进入红绿灯范围，stop&go巡航控制系统会控制自动起步和自动跟随的动作，并且在控制过程中两车的行为始终保持安全特性，当红绿灯指示显示为红灯状态，车队减速，直到静止，当红绿灯信号变为绿灯时，车辆自动起步，后方车辆与前车保持安全的行驶距离。，两车之间的间距是与当前速度相关的，所以当速度变小时，两车之间的间距也逐渐变小。
[0012]
本发明的有益效果：本发明提供了一种交通路口stop&go巡航方法，首先，对车辆的信息进行处理，计算出期望的加速度。其次，通过模糊控制算法对加速度进行处理，得出真实的数据，并传递给车辆，从而实现车辆的有效控制。最后，针对城市工况中可能存在的多种情况对stop&go巡航算法的数据进行仿真。仿真结果表明，次发明实现了车辆自动起步、自动停车的功能，能够在测试过程中较好的控制车辆，撞车、闯红灯等城市交通问题在仿真过程中得以有效地解决。
附图说明
[0013]
图1为本发明所述的交通路口stop&go巡航方法的流程图；图2为模糊控制器的主程序结构图；图3为stop&go巡航系统模糊算法程序流程图；图4为车辆起步情况仿真效果图；图5为车辆跟随前方情况仿真效果图；图6为前方车辆加速情况仿真效果图；图7为前方车辆减速情况仿真效果图；图8为车辆停车起步情况仿真效果图。
具体实施方式
[0014]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能后据以实施。
[0015]
如图1所示，本发明提供了一种交通路口stop&go巡航方法，对车辆的信息进行处理，计算出期望的加速度。采用模糊控制算法对加速度进行处理，得出真实的数据，并传递给车辆。针对城市工况中可能存在的多种情况对stop&go巡航算法的数据进行仿真。其步骤如下。
[0016]
步骤一：对车辆的信息进行处理，对期望的加速度进行计算。车辆加速度的变化取决于车辆本身的性能以及驾驶员或者控制器的操作。为了行车的安全，车辆的最大加速度往往远大于车辆的最大制动能力：（1）当两车之间的实际距离大于当前状态下的安全距离，或者当前车辆前方没有车辆，在符合当前的交通管制的情况下，车辆可以在最大限速下尽可能高速行驶，加速度如下：accelerate=(maxspeed
‑
speed)/2；
（2）当本车处在安全距离之内时，由于安全距离是与当前速度，最大制动速度相关的，所以当前的加速度，速度必须保证汽车的安全驾驶由位移公式：（speed+speed+acclerate*t）*t/2=distance得出关于加速度的变化：accelerate=(distance
‑
speed*t)*2/t/t。
[0017]
步骤二：通过模糊控制算法对加速度进行处理，得出真实的数据传递给车辆，从而实现车辆的有效控制。模糊控制算法用来对加速度进行校正，从而实现对车辆轨迹变化的有效合理控制。
[0018]
本发明中的模糊控制器选择双参数输入的模式。模糊控制规则如下：（1）输入输出量的语言集加速度变量e：｛nb，ns，ps，pb｝;加速度变化率ec：｛nb，ns，ps，pb｝;输出量u：｛nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb｝（2）输入输出量的值域加速度值域：为了更好的实现对城市工况的仿真，设定最大加速度为5m/s，最大制动加速度为10m/s，因此加速度的值域为[
‑
10，5];加速度变化率值域：stop&go巡航控制器采用的时间间隔为0.2s，由上述给出的最大加速度和最大制动加速度可以计算出加速度的最大偏差率为da(+)/dt=25，最小偏差率为da(
‑
)/dt=50，由此可得加速度偏差率的值域为[
‑
50，25]；输出量变化率值域：输出量为实际的加速度，依照汽车性能的稳定性，输出量的值域应该与加速度的值域相同，因此输出量的值域也为[
‑
10，5]；（3）隶属度的确定采用三角隶属度函数的模糊控制器；（4）模糊控制规则的建立把在车辆行驶过程中对车速的感受划分为快、较快、较慢、慢四个等级。模糊控制规则集如下：
。
[0019]
模糊控制算法中的模糊控制器的主程序结构图如图2所示，具体步骤如下：（1）传递参数；（2）遍历第一条规则；（3）是否符合条件，若符合，转到（5），否则执行步骤（4）；（4）保存上一次的模糊度值；（5）调用计算子程序；（6）判断所有规则是否遍历完，如果已遍历完，计算模糊输出，否则遍历下一条规则，并转到步骤（3）；（7）利用重心法进行反模糊。
[0020]
stop&go巡航系统模糊算法程序流程图如图3所示。
[0021]
步骤三：对stop&go巡航算法的数据进行仿真。步骤如下：（1）程序初始化：a. 初始化道路信息：初始化道路红绿灯信息，在道路不定位置产生红绿灯，初始化道路最大限速，本发明中道路最大限速为30km/h；b. 初始化车辆信息：初始化车辆性能，设置车辆的最大制动能力为
‑
10m/s2，最大加速度为5m/s2，按照测试项目初始化车辆起始速度，初始化车辆位置信息；c. 初始化红绿灯信息：初始化红绿灯变化，设置红绿灯按照一定规律和时间间隔进行红灯、黄灯、绿灯之间的相互转化；（2）stop&go巡航算法的数据仿真，针对城市工况中可能存在的多种情况进行数据仿真研究如下：a. 车辆自动起步：对车辆信息进行初始化，车辆静止时车辆之间的间距为默认的最小位移偏差2m，启动stop&go巡航系统，车队中的第一辆车由静止开始加速，在测试过程中头车前方没有遇到障碍，以恒定加速度加速至最大速度运行。仿真效果图如图4所示；b. 跟随前方低速车辆：前方车辆以15m/s的速度匀速行驶，在行驶过程中，后方车辆车速小于前方车辆，车辆装备并启动stop&go巡航控制系统，在加速过程中，stop&go巡航控制系统能够有效的根据本车的速度对两车之间的间距进行合理控制，使两车保持安全的行驶距离，避免碰撞。仿真效果图如图5所示；c. 前方车辆加速：当两车的状态都达到稳定以后，前方车辆突然加速，后方跟随车辆也会随着前方车辆信息进行相应的加速行为，并且在加速过程中，stop&go巡航控制器会一直监控两车之间的距离使得两车的间距基本保持在安全距离左右，当前方车辆速度稳
定后，stop&go巡航系统也会控制本车进行最后的调节，使得本车的速度稳定，两车之间的间距也稳定。仿真效果图如图6所示；d. 前方车辆减速：车队初始以最大的速度匀速行驶，当两车状态稳定时，前方车辆减速，stop&go巡航系统对车辆测试数据进行处理，避免两车发生碰撞。仿真效果图如图7所示；e. 前方车辆停车
‑
起步过程：车辆当速度达到稳定后，两车进入红绿灯范围，stop&go巡航控制系统会控制自动起步和自动跟随的动作，并且在控制过程中两车的行为始终保持安全特性，当红绿灯指示显示为红灯状态，车队减速，直到静止，当红绿灯信号变为绿灯时，车辆自动起步，后方车辆与前车保持安全的行驶距离。，两车之间的间距是与当前速度相关的，所以当速度变小时，两车之间的间距也逐渐变小。仿真效果图如图8所示。
[0022]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。