用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法及系统
本发明涉及自动驾驶，尤其涉及用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法及系统。
背景技术：
1、自动驾驶技术的发展极大地推动了现代交通系统的革新，其中，自动巡航控制系统（acc）是自动驾驶技术的核心组成之一。该系统使车辆能够在无需驾驶员干预的情况下，自动调整车速，保持与前车的安全距离。
2、目前，大多数自动巡航控制系统依赖于比例-积分-微分（pid）控制策略。pid控制器通过调整控制增益来响应前车速度的变化，从而维持车辆之间的预设安全距离。然而，这种方法通常需要离线调整增益参数，这限制了系统在面对实时交通条件变化时的适应性。此外，还有一些系统采用基于模型的控制策略，如反馈线性化或模型预测控制。这些方法在理论上可以提供更准确的控制效果，但它们依赖于精确的车辆动力学模型，而这些模型往往难以准确获得或在所有驾驶条件下都有效。
3、这些传统控制方法的局限性在于：1、对模型的依赖性：需要详细的车辆动力学模型，而这些模型在实际应用中往往难以准确建立，特别是在多变的道路和交通条件下。2、参数调整不灵活：pid控制器和基于模型的控制系统通常需要根据具体的驾驶环境预先调整参数，这降低了系统在面对未知或变化环境时的适应能力。3、反应速度与精度问题：现有技术在快速变化的交通环境中，如紧急刹车或快速加速的情况，往往反应不够及时或过度调整，可能导致安全问题。
技术实现思路
1、基于上述现有技术中存在的局限性，本发明旨在提供一种仿生自适应巡航控制方法和系统，该方法和系统不仅能够在无需详细车辆模型的前提下进行有效控制，还可以实时调整控制参数，以适应动态变化的驾驶环境，仿真人类及鸟类的自然行驶和飞行行为，提高自动巡航的安全性和效率。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案包括：
3、用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法，包括：
4、基于目标车辆与前车的速度和间距建立间距自适应控制方程，以将目标车辆的车速控制在限制速度以内，并与前车保持安全间距；
5、所述间距自适应控制方程包括：
6、；
7、其中，为输出控制参数，为控制输入的自适应控制参数，c为线性控制增益，为当前道路限速和前车速度中的最低者，为目标车辆当前车速。
8、在一些较优的实施例中，所述自适应控制参数通过目标车辆与前车的速度差和间距判定所述目标车辆的加速度时间、大小和方向，具体包括：
9、；
10、其中，为控制起始时刻，为非线性时变函数，为目标车辆在控制起始时刻的车速，为目标车辆的期望加速度，为控制持续时间且，为目标车辆的期望速度。
11、在一些较优的实施例中，所述目标车辆的期望加速度通过调整目标车辆的加速度时间、大小和方向，以避免过度校正或调整超时，具体包括：
12、；
13、其中，为目标车辆与前车当前时刻的间距与所述安全间距的差即目标车辆所需调整的行驶距离。
14、在一些较优的实施例中，所述非线性时变函数为时变参数控制器，用以模拟人类驾驶员或鸟类的自身参数条件，具体包括：
15、；其中，为目标车辆与前车当前的速度差。
16、本发明还提供了用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制系统，包括：
17、设置于目标车辆上的毫米波雷达、主控板、工控机、电源和驱动电机；
18、所述毫米波雷达设置为用于获取所述目标车辆与前车的间距和速度差；
19、所述驱动电机设置为用于驱动所述目标车辆加速、减速或匀速行驶；
20、所述主控板分别与所述毫米波雷达和所述驱动电机电连接，用于接收所述毫米波雷达的获取结果、接收所述驱动电机的当前转速、向所述驱动电机传输控制指令；
21、所述工控机内置有仿生控制器，与所述主控板电连接，用于显示所述主控板传输的数据，并向所述主控板传输控制指令；
22、所述电源分别与所述毫米波雷达、所述主控板和所述驱动电机电连接；
23、所述仿生控制器包括基于目标车辆与前车的速度和间距建立间距自适应控制方程，以将目标车辆的车速控制在限制速度以内，并与前车保持安全间距；
24、所述间距自适应控制方程包括：
25、；
26、其中，为输出控制参数，为控制输入的自适应控制参数，c为线性控制增益，为当前道路限速和前车速度中的最低者，为目标车辆当前车速。
27、在一些较优的实施例中，所述自适应控制参数通过目标车辆与前车的速度差和间距判定所述目标车辆的加速度时间、大小和方向，具体包括：
28、；
29、其中，为控制起始时刻，为非线性时变函数，为目标车辆在控制起始时刻的车速，为目标车辆的期望加速度，为控制持续时间且，为目标车辆的期望速度。
30、在一些较优的实施例中，所述目标车辆的期望加速度通过调整目标车辆的加速度时间、大小和方向，以避免过度校正或调整超时，具体包括：
31、；其中，为目标车辆与前车当前时刻的间距与所述安全间距的差即目标车辆所需调整的行驶距离。
32、在一些较优的实施例中，所述非线性时变函数为时变参数控制器，用以模拟人类驾驶员或鸟类的自身参数条件，具体包括：
33、；其中，为目标车辆与前车当前的速度差。
34、有益效果
35、提高适应性：通过采用非线性时变函数和自适应控制策略，本发明可以实时调整控制参数，以适应不同的道路和交通条件。这一点是传统pid控制器和基于模型的控制策略所无法比拟的，特别是在复杂的交通环境中，能够显著提高控制的精确度和系统的鲁棒性。
36、减少对复杂模型的依赖：本发明无需依赖精确的车辆动力学模型，而是通过直接从传感器获取的数据（如速度和间距）来调整车辆行为。这减少了模型误差对控制效果的影响，并降低了系统实施的复杂性和成本。
37、增强安全性：通过模仿人类驾驶员和鸟类的行为，本发明的控制方法能够更自然地调整车速和间距，有效避免因反应不及时或过度调整而导致的事故。这种仿生方法提供了更为平滑和连贯的驾驶体验，有助于减少紧急刹车或突然加速的情况，从而增加了行车安全。
技术特征：
1.用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法，其特征在于：
5.用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制系统，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制系统，其特征在于：
7.如权利要求6所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制系统，其特征在于：所述目标车辆的期望加速度通过调整目标车辆的加速度时间、大小和方向，以避免过度校正或调整超时，具体包括：
8.如权利要求6所述的用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制系统，其特征在于：所述非线性时变函数为时变参数控制器，用以模拟人类驾驶员或鸟类的自身参数条件，具体包括：
技术总结
本发明公开了用于自动驾驶车辆的仿生自适应巡航控制方法及系统，方法包括：基于目标车辆与前车的速度和间距建立间距自适应控制方程，以将目标车辆的车速控制在限制速度以内，并与前车保持安全间距；间距自适应控制方程包括：。本发明可以实时调整控制参数，以适应不同的道路和交通条件，在复杂的交通环境中，能够显著提高控制的精确度和系统的鲁棒性；无需依赖精确的车辆动力学模型，而是通过直接从传感器获取的数据（如速度和间距）来调整车辆行为。这减少了模型误差对控制效果的影响，并降低了系统实施的复杂性和成本。
技术研发人员：任天群,顾国祥,闫飞
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23