本發(fā)明涉及車輛控制技術(shù),更具體地涉及一種能夠降低車輛行駛過程中不必要的油耗和排放并且同時幫助駕駛員養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)以及改善方法。
背景技術(shù):
不良的駕駛行為會帶來不必要的油耗和排放,甚至?xí)斐梢欢ǖ陌踩[患。作為改善不良駕駛行為的措施,現(xiàn)有技術(shù)中通常采用跟蹤車輛油耗曲線來得知是否存在不良駕駛行為。
但是,如果僅僅跟蹤車輛油耗曲線,在駕駛員操作這些駕駛行為時進(jìn)行語音提示,會存在以下兩個問題:
(1)駕駛行為的改善有很大的主觀性,僅僅跟蹤車輛油耗曲線,本質(zhì)上并不能降低行車過程中不必要的油耗和排放,只能依靠車輛提示改善駕駛行為。
(2)不能夠分辨駕駛行為的合理性,特別是如頻繁停車、急加速、猛踩油門、頻繁變道和曲線行車、過長時間低速行駛、急剎車和頻繁變速等駕駛習(xí)慣的合理性,甚至?xí)侠淼鸟{駛行為進(jìn)行干擾。
一般,駕駛行為由制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號體現(xiàn),通過構(gòu)造駕駛行為系統(tǒng)模型,研究駕駛行為算法,把駕駛行為信號進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的信號與原始信號進(jìn)行比較得出實際信號,并把實際駕駛行為信號反饋給車輛控制系統(tǒng),在駕駛員操作不良駕駛行為時,駕駛行為算法模塊能夠分辨駕駛行為的合理性,就能夠及時改善駕駛員的駕駛行為,并實時給駕駛員提示,降低行車過程中不必要的油耗和排放,同時幫助駕駛員養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
鑒于上述問題,本發(fā)明旨在提供一種能夠降低車輛行駛過程中不必要的油耗和排放并且同時幫助駕駛員養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)以及改善方法。
本發(fā)明建立了一種車輛駕駛行為改善系統(tǒng),它通過駕駛行為算法模塊得出優(yōu)化的駕駛行為信號與原始信號進(jìn)行對比,根據(jù)判斷原則得出實際信號,即最優(yōu)的駕駛行為信號,根據(jù)最優(yōu)駕駛行為信號可以及時降低不必要的油耗和排放。而且通過監(jiān)控駕駛行為,使駕駛員了解自己的駕駛行為并予以改進(jìn)。
本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng),其特征在于,具備:
環(huán)境感知模塊,采集周圍的環(huán)境信息;
知識庫模塊,存儲有關(guān)駕駛行為和交通信息的知識信息;
駕駛行為算法模塊,獲得原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號,并且根據(jù)來自所述環(huán)境感知模塊的所述環(huán)境信息以及所述知識信息對所述原始的制動踏板信號、所述原始的油門踏板信號以及所述原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行優(yōu)化,獲得優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號,將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號與所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
制動系統(tǒng),用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊的所述實際的制動踏板信號產(chǎn)生制動力矩;
傳動系統(tǒng),用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊的所述實際的油門踏板信號產(chǎn)生驅(qū)動扭矩;
轉(zhuǎn)向系統(tǒng),用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊的所述實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)角;
車輛控制系統(tǒng),根據(jù)從所述制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分別獲得制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛。
優(yōu)選地,所述環(huán)境感知模塊具備:
攝像頭,用于獲得車輛周圍的障礙物信息;
車載雷達(dá)/GPS,用于獲得車輛位置信息和車距信息。
優(yōu)選地,所述知識庫模塊作為知識信息用于存儲道路信息、交通規(guī)則、駕駛行為、駕駛軌跡、模糊規(guī)則。
優(yōu)選地,所述駕駛行為算法模塊具備:
預(yù)瞄跟隨器,根據(jù)來自所述環(huán)境感知模塊的所述環(huán)境信息,建立車輛坐標(biāo)系,求得車輛當(dāng)前位置的希望的制動踏板信號、希望的油門踏板信號和希望的方向盤信號;
減法器,作為差值信號,分別求取所述希望的制動踏板信號與所述優(yōu)化的制動踏板信號的誤差和誤差變化率、所述希望的油門踏板信號與所述優(yōu)化的油門踏板信號的誤差和誤差變化率差、以及所述希望的方向盤信號與所述優(yōu)化的方向盤信號的誤差和誤差變化率差;以及
自適應(yīng)模糊PID模塊,從所述減法器輸入所述差值信號,采用模糊推理方法對PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd進(jìn)行整定,輸出優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
計算模塊,將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號分別與所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號。
優(yōu)選地,所述自適應(yīng)模糊PID模塊具備:
模糊控制器,從所述減法器輸入差值信號根據(jù)模糊推理方法求出PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd;
PID控制器,根據(jù)從所述減法器輸入差值信號和從所述模糊控制器輸入的PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd計算出所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號。
優(yōu)選地,所述模糊控制器具備:
模糊化模塊,從所述減法器輸入差值信號并且進(jìn)行模糊化處理;
推理機(jī),根據(jù)存儲在所述知識庫模塊中的所述知識信息對模糊化處理后的信號進(jìn)行推理處理并得到推理結(jié)果;以及
去模糊化模塊,對所述推理結(jié)果進(jìn)行去模糊化處理獲得PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd。
優(yōu)選地,在所述計算模塊中,將所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號設(shè)為S1、將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號設(shè)為S2的情況下、將實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號設(shè)為S3的情況下,如果S1和S2的絕對值小于等于規(guī)定值的情況下,使得S3=S1、如果S1和S2的絕對值大于規(guī)定值的情況下,使得S3=S2。
優(yōu)選地,所述車輛控制系統(tǒng)根據(jù)從所述制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分別獲得制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛的橫向運(yùn)動和縱向運(yùn)動并且把優(yōu)化的駕駛行為提醒給駕駛員。
本發(fā)明的車輛駕駛行為改善方法,其特征在于,包括下述步驟:
采集周圍的環(huán)境信息和有關(guān)駕駛行為和交通信息的知識信息;
獲取通過制動踏板、油門踏板、方向盤產(chǎn)生的原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
根據(jù)所述環(huán)境信息以及所述知識信息對所述原始的制動踏板信號、所述油門踏板信號以及所述方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行優(yōu)化,獲得優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號分別與所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
根據(jù)所述實際的制動踏板信號產(chǎn)生制動力矩、所述實際的油門踏板信號產(chǎn)生驅(qū)動扭矩、所述實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)角;
根據(jù)所述制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛的橫向運(yùn)動和縱向運(yùn)動并且把優(yōu)化的駕駛行為提醒給駕駛員。
根據(jù)本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)以及本發(fā)明的車輛駕駛行為改善方法,通過對制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行優(yōu)化,盡可能找到獲得最佳路徑的優(yōu)化值,減少不良駕駛行為,特別是頻繁停車、急加速、猛踩油門、頻繁變道和曲線行車、過長時間低速行駛、急剎車和頻繁變速等駕駛行為,由此能夠顯著降低不必要的油耗和排放,消除安全隱患,車輛把駕駛行為提示給駕駛員,用以改善駕駛員的駕駛行為,幫助駕駛員形成良好的駕駛習(xí)慣。
附圖說明
圖1是表示本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是標(biāo)識本發(fā)明的駕駛行為算法模塊的構(gòu)造圖。
圖3表示由駕駛行為算法模塊300建立的車輛坐標(biāo)系。
圖4是表示本發(fā)明的模糊控制器331的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
下面介紹的是本發(fā)明的多個實施例中的一些,旨在提供對本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。
圖1是表示本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
如圖1所示,本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)具備:環(huán)境感知模塊100、知識庫模塊200、駕駛行為算法模塊300、制動系統(tǒng)400、傳動系統(tǒng)500、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)600、車輛控制系統(tǒng)700。
下面對于這些構(gòu)造單元進(jìn)行具體說明。
如圖1所示,首先,在本發(fā)明中,駕駛行為體現(xiàn)為:駕駛員通過制動踏板、油門踏板和方向盤產(chǎn)生的制動踏板信號A、油門踏板信號B和方向盤轉(zhuǎn)角信號C。
環(huán)境感知模塊100用于采集周圍的環(huán)境信息。環(huán)境感知模塊100例如包括視頻攝像頭、車載雷達(dá)以及或者GPS等,用于感知車輛周圍的障礙物、車距和車輛位置等信息。
知識庫模塊200存儲有關(guān)駕駛行為和交通信息的知識信息。例如,作為知識信息存儲有道路信息、駕駛行為、交通規(guī)則、駕駛軌跡以及下文將要采用的模糊算法的模糊規(guī)則等。
駕駛行為算法模塊300作為其輸入,獲得原始的制動踏板信號A、原始的油門踏板信號B以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號C。駕駛行為算法模塊300根據(jù)來自環(huán)境感知模塊100的環(huán)境信息和來自知識庫模塊200的知識信息對原始的制動踏板信號A、原始的油門踏板信號B以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號C進(jìn)行計算、優(yōu)化,獲得優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號,接著,將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號與原始的制動踏板信號A、原始的油門踏板信號B以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號C進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號A'、實際的油門踏板信號B'以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號C'。
制動系統(tǒng)400用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊300的所述實際的制動踏板信號A'產(chǎn)生制動力矩。傳動系統(tǒng)500用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊300的所述實際的油門踏板信號B'產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)600用于根據(jù)來自所述駕駛行為算法模塊300的所述實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號C'產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。
車輛控制系統(tǒng)700從所述制動系統(tǒng)400、傳動系統(tǒng)500、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)600分別獲得制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛,根據(jù)獲得的制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛的橫向運(yùn)動以及縱向運(yùn)動并且提醒駕駛員的駕駛行為。
接著,對于上述模塊中的主要功能即駕駛行為算法模塊300進(jìn)行進(jìn)一步的具體說明。
圖2是表示本發(fā)明的駕駛行為算法模塊的構(gòu)造圖。
如圖2所示,本發(fā)明的駕駛行為算法模塊300具備:預(yù)瞄跟隨器310、減法器320、自適應(yīng)模糊PID模塊330以及計算模塊340。
預(yù)瞄跟隨器310根據(jù)來自所述環(huán)境感知模塊100的環(huán)境信息,建立車輛坐標(biāo)系,求得車輛當(dāng)前位置的希望的制動踏板信號、希望的油門踏板信號和希望的方向盤信號。
預(yù)瞄跟隨器310根據(jù)來自所述環(huán)境感知模塊100的環(huán)境信息,建立車輛坐標(biāo)系,求得車輛當(dāng)前位置的希望的制動踏板信號、希望的油門踏板信號和希望的方向盤信號。
圖3表示駕駛行為算法模塊300建立的車輛坐標(biāo)系。
預(yù)瞄跟隨器310根據(jù)環(huán)境感知模塊100中的視頻攝像頭和車載雷達(dá)/GPS等傳感器采集的信息,建立車輛坐標(biāo)系,如圖3所示,車輛質(zhì)心位置的絕對坐標(biāo)為(X(t),Y(t)),相對坐標(biāo)為(x(t),y(t)),汽車方向角為φ,車輛質(zhì)心側(cè)偏角為β,車輛速度為v,車輛預(yù)描點(diǎn)P的絕對坐標(biāo)為(X(t+T),Y(t+T))),相對坐標(biāo)為(x(t+T),y(t+T))。預(yù)瞄跟隨器310根據(jù)預(yù)瞄跟隨理論,求得車輛當(dāng)前位置所期望的制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤信號。
接著,利用減法器320車輛的駕駛性通過信號的變化和信號的變化量,由此來反應(yīng)車輛的可操作性。具體地,如圖2所示,根據(jù)預(yù)瞄跟隨器310求得的當(dāng)前位置所希望的制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤信號與優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號、以及優(yōu)化的方向盤信號,分別求取車輛的期望信號與優(yōu)化信號的誤差e和誤差變化率de/dt作為自適應(yīng)模糊PID模塊330的輸入,具體地,分別求取所述希望的制動踏板信號與所述優(yōu)化的制動踏板信號的誤差和誤差變化率、所述希望的油門踏板信號與所述優(yōu)化的油門踏板信號的誤差和誤差變化率差、以及所述希望的方向盤信號與所述優(yōu)化的方向盤信號的誤差和誤差變化率差。
自適應(yīng)模糊PID模塊330從所述減法器輸入所述差值信號,采用模糊推理方法對PID的參數(shù)Kp、Ki、Kd進(jìn)行整定,以滿足不同e和de/dt的不同要求,從而使得被控制對象具有良好的動態(tài)性能。
如圖2所示,自適應(yīng)模糊PID模塊330具備:模糊控制器331,用于從減法器320輸入差值信號并且根據(jù)模糊推理方法求出PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd;PID控制器332,用于根據(jù)從所述減法器320輸入差值信號和從所述模糊控制器331輸入的PID的比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd并且計算出所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號。另外,關(guān)于自適應(yīng)模糊PID模塊的工作過程也可以部分地參考專利申請CN1393746A。
圖4是表示本發(fā)明的模糊控制器331的結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示,模糊控制器331具備:模糊化模塊335,用于從所述減法器320輸入差值信號并且進(jìn)行模糊化處理;推理機(jī)336,根據(jù)存儲在知識庫模塊200中的所述知識信息(主要是模糊規(guī)則)對模糊化處理后的信號進(jìn)行推理處理并得到推理結(jié)果;以及去模糊化模塊337,對推理結(jié)果進(jìn)行去模糊化處理獲得PID的參數(shù)Kp、Ki、Kd。
具體地,當(dāng)|e|較大時,取較大的Kp和較小的Kd,以使系統(tǒng)響應(yīng)加快,以避免過大超調(diào),則Kp=Kp1,Ki=0,Kd=0。當(dāng)|e|中等時,取較大的Kp和較小的Ki,以使系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)性好,同時使Kd取值適當(dāng)以避免在平衡點(diǎn)附近振蕩,且|de|=大時,則Kp=Kp2,Ki=0,Kd=Kd2;|de|=中時,則Kp=Kp3,Ki=0, Kd=Kd3;|de|=小時,則Kp=Kp4,Ki=0,Kd=Kd4。當(dāng)|e|較小時,取較大的Kp和較小的Ki,以使系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)性好,同時使Kd取值適當(dāng)以避免在平衡點(diǎn)附近振蕩,則Kp=Kp5,Ki=Ki5,Kd=Kd5。Kp1-Kp5,Ki1-Ki5,Kd1-Kd5為按常規(guī)PID參數(shù)整定方法得到的數(shù)值,其中,Kp、Ki、Kd分別表示比例參數(shù)、積分參數(shù)、微分參數(shù), 1-5表示的第幾種情況。e和de/dt作為自適應(yīng)模糊PID模塊330的輸入,根據(jù)知識庫模塊300中的模糊推理規(guī)則,在推理機(jī)336中得到推理結(jié)果,經(jīng)過去模糊化模塊337的去模糊化處理,求得滿足不同e和de要求的整定參數(shù)Kp,Ki,Kd,從而得到優(yōu)化的制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤信號。
接著,如圖2所示,計算模塊340將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號分別與所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號。作為一個實施方式,例如,設(shè)S1為原始信號,S2為優(yōu)化信號,S3為實際信號,當(dāng)|S1-S2|≤ε時,S3=S1;當(dāng)|S1-S2|>ε時,S3=S2。
這樣,通過對制動踏板信號、油門踏板信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行優(yōu)化,盡可能找到獲得最佳路徑的優(yōu)化值,減少不良駕駛行為,特別是頻繁停車、急加速、猛踩油門、頻繁變道和曲線行車、過長時間低速行駛、急剎車和頻繁變速等駕駛行為,這樣能顯著降低不必要的油耗和排放,消除安全隱患,車輛把駕駛行為提示給駕駛員,用以改善駕駛員的駕駛行為,幫助駕駛員形成良好的駕駛習(xí)慣。
以上對于本發(fā)明的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)進(jìn)行了說明。下面簡單介紹本發(fā)明的車輛駕駛行為改善方法。本發(fā)明的車輛駕駛行為改善方法包括下述步驟:
步驟100:采集周圍的環(huán)境信息和有關(guān)駕駛行為和交通信息的知識信息;
步驟200:獲取通過制動踏板、油門踏板、方向盤產(chǎn)生的原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
步驟300:根據(jù)所述環(huán)境信息以及所述知識信息對所述原始的制動踏板信號、所述油門踏板信號以及所述方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行優(yōu)化,獲得優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
步驟400:將所述優(yōu)化的制動踏板信號、優(yōu)化的油門踏板信號以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信號分別與所述原始的制動踏板信號、原始的油門踏板信號以及原始的方向盤轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行比較,得出實際的制動踏板信號、實際的油門踏板信號以及實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號;
步驟500:根據(jù)所述實際的制動踏板信號產(chǎn)生制動力矩、所述實際的油門踏板信號產(chǎn)生驅(qū)動扭矩、所述實際的方向盤轉(zhuǎn)角信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)角;
步驟600:根據(jù)所述制動力矩、驅(qū)動扭矩以及轉(zhuǎn)角來控制車輛的橫向運(yùn)動和縱向運(yùn)動并且把優(yōu)化的駕駛行為提醒給駕駛員。
以上例子主要說明了本發(fā)明的駕駛習(xí)慣的車輛駕駛行為改善系統(tǒng)以及改善方法。盡管只對其中一些本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述,但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解,本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此,所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的,在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下,本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。